]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/pmap.c
Use the pv lists generation count to read-lock the pvh_global_lock in
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / pmap.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1991 Regents of the University of California.
3  * All rights reserved.
4  * Copyright (c) 1994 John S. Dyson
5  * All rights reserved.
6  * Copyright (c) 1994 David Greenman
7  * All rights reserved.
8  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm
9  * All rights reserved.
10  * Copyright (c) 2005-2010 Alan L. Cox <alc@cs.rice.edu>
11  * All rights reserved.
12  *
13  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
14  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
15  * Science Department and William Jolitz of UUNET Technologies Inc.
16  *
17  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
18  * modification, are permitted provided that the following conditions
19  * are met:
20  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
21  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
22  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
23  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
24  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
25  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
26  *    must display the following acknowledgement:
27  *      This product includes software developed by the University of
28  *      California, Berkeley and its contributors.
29  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
30  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
31  *    without specific prior written permission.
32  *
33  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
34  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
35  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
36  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
37  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
38  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
39  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
40  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
41  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
42  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
43  * SUCH DAMAGE.
44  *
45  *      from:   @(#)pmap.c      7.7 (Berkeley)  5/12/91
46  */
47 /*-
48  * Copyright (c) 2003 Networks Associates Technology, Inc.
49  * All rights reserved.
50  *
51  * This software was developed for the FreeBSD Project by Jake Burkholder,
52  * Safeport Network Services, and Network Associates Laboratories, the
53  * Security Research Division of Network Associates, Inc. under
54  * DARPA/SPAWAR contract N66001-01-C-8035 ("CBOSS"), as part of the DARPA
55  * CHATS research program.
56  *
57  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
58  * modification, are permitted provided that the following conditions
59  * are met:
60  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
61  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
62  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
63  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
64  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
65  *
66  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
67  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
68  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
69  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
70  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
71  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
72  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
73  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
74  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
75  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
76  * SUCH DAMAGE.
77  */
78
79 #include <sys/cdefs.h>
80 __FBSDID("$FreeBSD$");
81
82 /*
83  *      Manages physical address maps.
84  *
85  *      Since the information managed by this module is
86  *      also stored by the logical address mapping module,
87  *      this module may throw away valid virtual-to-physical
88  *      mappings at almost any time.  However, invalidations
89  *      of virtual-to-physical mappings must be done as
90  *      requested.
91  *
92  *      In order to cope with hardware architectures which
93  *      make virtual-to-physical map invalidates expensive,
94  *      this module may delay invalidate or reduced protection
95  *      operations until such time as they are actually
96  *      necessary.  This module is given full information as
97  *      to which processors are currently using which maps,
98  *      and to when physical maps must be made correct.
99  */
100
101 #include "opt_pmap.h"
102 #include "opt_vm.h"
103
104 #include <sys/param.h>
105 #include <sys/bus.h>
106 #include <sys/systm.h>
107 #include <sys/kernel.h>
108 #include <sys/ktr.h>
109 #include <sys/lock.h>
110 #include <sys/malloc.h>
111 #include <sys/mman.h>
112 #include <sys/mutex.h>
113 #include <sys/proc.h>
114 #include <sys/rwlock.h>
115 #include <sys/sx.h>
116 #include <sys/vmmeter.h>
117 #include <sys/sched.h>
118 #include <sys/sysctl.h>
119 #include <sys/_unrhdr.h>
120 #include <sys/smp.h>
121
122 #include <vm/vm.h>
123 #include <vm/vm_param.h>
124 #include <vm/vm_kern.h>
125 #include <vm/vm_page.h>
126 #include <vm/vm_map.h>
127 #include <vm/vm_object.h>
128 #include <vm/vm_extern.h>
129 #include <vm/vm_pageout.h>
130 #include <vm/vm_pager.h>
131 #include <vm/vm_radix.h>
132 #include <vm/vm_reserv.h>
133 #include <vm/uma.h>
134
135 #include <machine/intr_machdep.h>
136 #include <machine/apicvar.h>
137 #include <machine/cpu.h>
138 #include <machine/cputypes.h>
139 #include <machine/md_var.h>
140 #include <machine/pcb.h>
141 #include <machine/specialreg.h>
142 #ifdef SMP
143 #include <machine/smp.h>
144 #endif
145
146 #if !defined(DIAGNOSTIC)
147 #ifdef __GNUC_GNU_INLINE__
148 #define PMAP_INLINE     __attribute__((__gnu_inline__)) inline
149 #else
150 #define PMAP_INLINE     extern inline
151 #endif
152 #else
153 #define PMAP_INLINE
154 #endif
155
156 #ifdef PV_STATS
157 #define PV_STAT(x)      do { x ; } while (0)
158 #else
159 #define PV_STAT(x)      do { } while (0)
160 #endif
161
162 #define pa_index(pa)    ((pa) >> PDRSHIFT)
163 #define pa_to_pvh(pa)   (&pv_table[pa_index(pa)])
164
165 #define NPV_LIST_LOCKS  MAXCPU
166
167 #define PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa)        \
168                         (&pv_list_locks[pa_index(pa) % NPV_LIST_LOCKS])
169
170 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa)  do {    \
171         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
172         struct rwlock *_new_lock;                       \
173                                                         \
174         _new_lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);           \
175         if (_new_lock != *_lockp) {                     \
176                 if (*_lockp != NULL)                    \
177                         rw_wunlock(*_lockp);            \
178                 *_lockp = _new_lock;                    \
179                 rw_wlock(*_lockp);                      \
180         }                                               \
181 } while (0)
182
183 #define CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m)        \
184                         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, VM_PAGE_TO_PHYS(m))
185
186 #define RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp)             do {    \
187         struct rwlock **_lockp = (lockp);               \
188                                                         \
189         if (*_lockp != NULL) {                          \
190                 rw_wunlock(*_lockp);                    \
191                 *_lockp = NULL;                         \
192         }                                               \
193 } while (0)
194
195 #define VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m)      \
196                         PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(VM_PAGE_TO_PHYS(m))
197
198 struct pmap kernel_pmap_store;
199
200 vm_offset_t virtual_avail;      /* VA of first avail page (after kernel bss) */
201 vm_offset_t virtual_end;        /* VA of last avail page (end of kernel AS) */
202
203 int nkpt;
204 SYSCTL_INT(_machdep, OID_AUTO, nkpt, CTLFLAG_RD, &nkpt, 0,
205     "Number of kernel page table pages allocated on bootup");
206
207 static int ndmpdp;
208 static vm_paddr_t dmaplimit;
209 vm_offset_t kernel_vm_end = VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
210 pt_entry_t pg_nx;
211
212 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, pmap, CTLFLAG_RD, 0, "VM/pmap parameters");
213
214 static int pat_works = 1;
215 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pat_works, CTLFLAG_RD, &pat_works, 1,
216     "Is page attribute table fully functional?");
217
218 static int pg_ps_enabled = 1;
219 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pg_ps_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pg_ps_enabled, 0,
220     "Are large page mappings enabled?");
221
222 #define PAT_INDEX_SIZE  8
223 static int pat_index[PAT_INDEX_SIZE];   /* cache mode to PAT index conversion */
224
225 static u_int64_t        KPTphys;        /* phys addr of kernel level 1 */
226 static u_int64_t        KPDphys;        /* phys addr of kernel level 2 */
227 u_int64_t               KPDPphys;       /* phys addr of kernel level 3 */
228 u_int64_t               KPML4phys;      /* phys addr of kernel level 4 */
229
230 static u_int64_t        DMPDphys;       /* phys addr of direct mapped level 2 */
231 static u_int64_t        DMPDPphys;      /* phys addr of direct mapped level 3 */
232 static int              ndmpdpphys;     /* number of DMPDPphys pages */
233
234 static struct rwlock_padalign pvh_global_lock;
235
236 /*
237  * Data for the pv entry allocation mechanism
238  */
239 static TAILQ_HEAD(pch, pv_chunk) pv_chunks = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(pv_chunks);
240 static struct mtx pv_chunks_mutex;
241 static struct rwlock pv_list_locks[NPV_LIST_LOCKS];
242 static struct md_page *pv_table;
243
244 /*
245  * All those kernel PT submaps that BSD is so fond of
246  */
247 pt_entry_t *CMAP1 = 0;
248 caddr_t CADDR1 = 0;
249
250 static struct unrhdr pcid_unr;
251 static struct mtx pcid_mtx;
252 int pmap_pcid_enabled = 1;
253 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_enabled, CTLFLAG_RDTUN, &pmap_pcid_enabled,
254     0, "Is TLB Context ID enabled ?");
255 int invpcid_works = 0;
256
257 static int
258 pmap_pcid_save_cnt_proc(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
259 {
260         int i;
261         uint64_t res;
262
263         res = 0;
264         CPU_FOREACH(i) {
265                 res += cpuid_to_pcpu[i]->pc_pm_save_cnt;
266         }
267         return (sysctl_handle_64(oidp, &res, 0, req));
268 }
269 SYSCTL_PROC(_vm_pmap, OID_AUTO, pcid_save_cnt, CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_RW |
270     CTLFLAG_MPSAFE, NULL, 0, pmap_pcid_save_cnt_proc, "QU",
271     "Count of saved TLB context on switch");
272
273 /*
274  * Crashdump maps.
275  */
276 static caddr_t crashdumpmap;
277
278 static void     free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc);
279 static void     free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv);
280 static pv_entry_t get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp);
281 static int      popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem);
282 static vm_page_t reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp);
283 static void     reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed,
284                     struct rwlock **lockp);
285 static void     pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
286                     struct rwlock **lockp);
287 static boolean_t pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
288                     struct rwlock **lockp);
289 static void     pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
290                     struct rwlock **lockp);
291 static void     pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va);
292 static pv_entry_t pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap,
293                     vm_offset_t va);
294
295 static int pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode);
296 static boolean_t pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va);
297 static boolean_t pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde,
298     vm_offset_t va, struct rwlock **lockp);
299 static boolean_t pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe,
300     vm_offset_t va);
301 static boolean_t pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
302     vm_prot_t prot, struct rwlock **lockp);
303 static vm_page_t pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
304     vm_page_t m, vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp);
305 static void pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte);
306 static int pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
307 static void pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode);
308 static vm_page_t pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va);
309 static void pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits);
310 static void pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
311     struct rwlock **lockp);
312 static boolean_t pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva,
313     vm_prot_t prot);
314 static void pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits);
315 static int pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
316     struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
317 static int pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t sva,
318     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp);
319 static void pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte);
320 static void pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
321     struct spglist *free);
322 static boolean_t pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
323     vm_page_t m, struct rwlock **lockp);
324 static void pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
325     pd_entry_t newpde);
326 static void pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde);
327
328 static vm_page_t _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex,
329                 struct rwlock **lockp);
330 static vm_page_t pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
331                 struct rwlock **lockp);
332 static vm_page_t pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va,
333                 struct rwlock **lockp);
334
335 static void _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
336     struct spglist *free);
337 static int pmap_unuse_pt(pmap_t, vm_offset_t, pd_entry_t, struct spglist *);
338 static vm_offset_t pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr);
339
340 /*
341  * Move the kernel virtual free pointer to the next
342  * 2MB.  This is used to help improve performance
343  * by using a large (2MB) page for much of the kernel
344  * (.text, .data, .bss)
345  */
346 static vm_offset_t
347 pmap_kmem_choose(vm_offset_t addr)
348 {
349         vm_offset_t newaddr = addr;
350
351         newaddr = (addr + (NBPDR - 1)) & ~(NBPDR - 1);
352         return (newaddr);
353 }
354
355 /********************/
356 /* Inline functions */
357 /********************/
358
359 /* Return a non-clipped PD index for a given VA */
360 static __inline vm_pindex_t
361 pmap_pde_pindex(vm_offset_t va)
362 {
363         return (va >> PDRSHIFT);
364 }
365
366
367 /* Return various clipped indexes for a given VA */
368 static __inline vm_pindex_t
369 pmap_pte_index(vm_offset_t va)
370 {
371
372         return ((va >> PAGE_SHIFT) & ((1ul << NPTEPGSHIFT) - 1));
373 }
374
375 static __inline vm_pindex_t
376 pmap_pde_index(vm_offset_t va)
377 {
378
379         return ((va >> PDRSHIFT) & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1));
380 }
381
382 static __inline vm_pindex_t
383 pmap_pdpe_index(vm_offset_t va)
384 {
385
386         return ((va >> PDPSHIFT) & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1));
387 }
388
389 static __inline vm_pindex_t
390 pmap_pml4e_index(vm_offset_t va)
391 {
392
393         return ((va >> PML4SHIFT) & ((1ul << NPML4EPGSHIFT) - 1));
394 }
395
396 /* Return a pointer to the PML4 slot that corresponds to a VA */
397 static __inline pml4_entry_t *
398 pmap_pml4e(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
399 {
400
401         return (&pmap->pm_pml4[pmap_pml4e_index(va)]);
402 }
403
404 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
405 static __inline pdp_entry_t *
406 pmap_pml4e_to_pdpe(pml4_entry_t *pml4e, vm_offset_t va)
407 {
408         pdp_entry_t *pdpe;
409
410         pdpe = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4e & PG_FRAME);
411         return (&pdpe[pmap_pdpe_index(va)]);
412 }
413
414 /* Return a pointer to the PDP slot that corresponds to a VA */
415 static __inline pdp_entry_t *
416 pmap_pdpe(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
417 {
418         pml4_entry_t *pml4e;
419
420         pml4e = pmap_pml4e(pmap, va);
421         if ((*pml4e & PG_V) == 0)
422                 return (NULL);
423         return (pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, va));
424 }
425
426 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
427 static __inline pd_entry_t *
428 pmap_pdpe_to_pde(pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
429 {
430         pd_entry_t *pde;
431
432         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdpe & PG_FRAME);
433         return (&pde[pmap_pde_index(va)]);
434 }
435
436 /* Return a pointer to the PD slot that corresponds to a VA */
437 static __inline pd_entry_t *
438 pmap_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
439 {
440         pdp_entry_t *pdpe;
441
442         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
443         if (pdpe == NULL || (*pdpe & PG_V) == 0)
444                 return (NULL);
445         return (pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va));
446 }
447
448 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
449 static __inline pt_entry_t *
450 pmap_pde_to_pte(pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
451 {
452         pt_entry_t *pte;
453
454         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
455         return (&pte[pmap_pte_index(va)]);
456 }
457
458 /* Return a pointer to the PT slot that corresponds to a VA */
459 static __inline pt_entry_t *
460 pmap_pte(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
461 {
462         pd_entry_t *pde;
463
464         pde = pmap_pde(pmap, va);
465         if (pde == NULL || (*pde & PG_V) == 0)
466                 return (NULL);
467         if ((*pde & PG_PS) != 0)        /* compat with i386 pmap_pte() */
468                 return ((pt_entry_t *)pde);
469         return (pmap_pde_to_pte(pde, va));
470 }
471
472 static __inline void
473 pmap_resident_count_inc(pmap_t pmap, int count)
474 {
475
476         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
477         pmap->pm_stats.resident_count += count;
478 }
479
480 static __inline void
481 pmap_resident_count_dec(pmap_t pmap, int count)
482 {
483
484         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
485         pmap->pm_stats.resident_count -= count;
486 }
487
488 PMAP_INLINE pt_entry_t *
489 vtopte(vm_offset_t va)
490 {
491         u_int64_t mask = ((1ul << (NPTEPGSHIFT + NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
492
493         return (PTmap + ((va >> PAGE_SHIFT) & mask));
494 }
495
496 static __inline pd_entry_t *
497 vtopde(vm_offset_t va)
498 {
499         u_int64_t mask = ((1ul << (NPDEPGSHIFT + NPDPEPGSHIFT + NPML4EPGSHIFT)) - 1);
500
501         return (PDmap + ((va >> PDRSHIFT) & mask));
502 }
503
504 static u_int64_t
505 allocpages(vm_paddr_t *firstaddr, int n)
506 {
507         u_int64_t ret;
508
509         ret = *firstaddr;
510         bzero((void *)ret, n * PAGE_SIZE);
511         *firstaddr += n * PAGE_SIZE;
512         return (ret);
513 }
514
515 CTASSERT(powerof2(NDMPML4E));
516
517 /* number of kernel PDP slots */
518 #define NKPDPE(ptpgs)           howmany((ptpgs), NPDEPG)
519
520 static void
521 nkpt_init(vm_paddr_t addr)
522 {
523         int pt_pages;
524         
525 #ifdef NKPT
526         pt_pages = NKPT;
527 #else
528         pt_pages = howmany(addr, 1 << PDRSHIFT);
529         pt_pages += NKPDPE(pt_pages);
530
531         /*
532          * Add some slop beyond the bare minimum required for bootstrapping
533          * the kernel.
534          *
535          * This is quite important when allocating KVA for kernel modules.
536          * The modules are required to be linked in the negative 2GB of
537          * the address space.  If we run out of KVA in this region then
538          * pmap_growkernel() will need to allocate page table pages to map
539          * the entire 512GB of KVA space which is an unnecessary tax on
540          * physical memory.
541          */
542         pt_pages += 8;          /* 16MB additional slop for kernel modules */
543 #endif
544         nkpt = pt_pages;
545 }
546
547 static void
548 create_pagetables(vm_paddr_t *firstaddr)
549 {
550         int i, j, ndm1g, nkpdpe;
551         pt_entry_t *pt_p;
552         pd_entry_t *pd_p;
553         pdp_entry_t *pdp_p;
554         pml4_entry_t *p4_p;
555
556         /* Allocate page table pages for the direct map */
557         ndmpdp = (ptoa(Maxmem) + NBPDP - 1) >> PDPSHIFT;
558         if (ndmpdp < 4)         /* Minimum 4GB of dirmap */
559                 ndmpdp = 4;
560         ndmpdpphys = howmany(ndmpdp, NPDPEPG);
561         if (ndmpdpphys > NDMPML4E) {
562                 /*
563                  * Each NDMPML4E allows 512 GB, so limit to that,
564                  * and then readjust ndmpdp and ndmpdpphys.
565                  */
566                 printf("NDMPML4E limits system to %d GB\n", NDMPML4E * 512);
567                 Maxmem = atop(NDMPML4E * NBPML4);
568                 ndmpdpphys = NDMPML4E;
569                 ndmpdp = NDMPML4E * NPDEPG;
570         }
571         DMPDPphys = allocpages(firstaddr, ndmpdpphys);
572         ndm1g = 0;
573         if ((amd_feature & AMDID_PAGE1GB) != 0)
574                 ndm1g = ptoa(Maxmem) >> PDPSHIFT;
575         if (ndm1g < ndmpdp)
576                 DMPDphys = allocpages(firstaddr, ndmpdp - ndm1g);
577         dmaplimit = (vm_paddr_t)ndmpdp << PDPSHIFT;
578
579         /* Allocate pages */
580         KPML4phys = allocpages(firstaddr, 1);
581         KPDPphys = allocpages(firstaddr, NKPML4E);
582
583         /*
584          * Allocate the initial number of kernel page table pages required to
585          * bootstrap.  We defer this until after all memory-size dependent
586          * allocations are done (e.g. direct map), so that we don't have to
587          * build in too much slop in our estimate.
588          *
589          * Note that when NKPML4E > 1, we have an empty page underneath
590          * all but the KPML4I'th one, so we need NKPML4E-1 extra (zeroed)
591          * pages.  (pmap_enter requires a PD page to exist for each KPML4E.)
592          */
593         nkpt_init(*firstaddr);
594         nkpdpe = NKPDPE(nkpt);
595
596         KPTphys = allocpages(firstaddr, nkpt);
597         KPDphys = allocpages(firstaddr, nkpdpe);
598
599         /* Fill in the underlying page table pages */
600         /* Nominally read-only (but really R/W) from zero to physfree */
601         /* XXX not fully used, underneath 2M pages */
602         pt_p = (pt_entry_t *)KPTphys;
603         for (i = 0; ptoa(i) < *firstaddr; i++)
604                 pt_p[i] = ptoa(i) | PG_RW | PG_V | PG_G;
605
606         /* Now map the page tables at their location within PTmap */
607         pd_p = (pd_entry_t *)KPDphys;
608         for (i = 0; i < nkpt; i++)
609                 pd_p[i] = (KPTphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V;
610
611         /* Map from zero to end of allocations under 2M pages */
612         /* This replaces some of the KPTphys entries above */
613         for (i = 0; (i << PDRSHIFT) < *firstaddr; i++)
614                 pd_p[i] = (i << PDRSHIFT) | PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G;
615
616         /* And connect up the PD to the PDP (leaving room for L4 pages) */
617         pdp_p = (pdp_entry_t *)(KPDPphys + ptoa(KPML4I - KPML4BASE));
618         for (i = 0; i < nkpdpe; i++)
619                 pdp_p[i + KPDPI] = (KPDphys + ptoa(i)) | PG_RW | PG_V | PG_U;
620
621         /*
622          * Now, set up the direct map region using 2MB and/or 1GB pages.  If
623          * the end of physical memory is not aligned to a 1GB page boundary,
624          * then the residual physical memory is mapped with 2MB pages.  Later,
625          * if pmap_mapdev{_attr}() uses the direct map for non-write-back
626          * memory, pmap_change_attr() will demote any 2MB or 1GB page mappings
627          * that are partially used. 
628          */
629         pd_p = (pd_entry_t *)DMPDphys;
630         for (i = NPDEPG * ndm1g, j = 0; i < NPDEPG * ndmpdp; i++, j++) {
631                 pd_p[j] = (vm_paddr_t)i << PDRSHIFT;
632                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
633                 pd_p[j] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
634                     PG_M | PG_A;
635         }
636         pdp_p = (pdp_entry_t *)DMPDPphys;
637         for (i = 0; i < ndm1g; i++) {
638                 pdp_p[i] = (vm_paddr_t)i << PDPSHIFT;
639                 /* Preset PG_M and PG_A because demotion expects it. */
640                 pdp_p[i] |= PG_RW | PG_V | PG_PS | PG_G |
641                     PG_M | PG_A;
642         }
643         for (j = 0; i < ndmpdp; i++, j++) {
644                 pdp_p[i] = DMPDphys + ptoa(j);
645                 pdp_p[i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
646         }
647
648         /* And recursively map PML4 to itself in order to get PTmap */
649         p4_p = (pml4_entry_t *)KPML4phys;
650         p4_p[PML4PML4I] = KPML4phys;
651         p4_p[PML4PML4I] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
652
653         /* Connect the Direct Map slot(s) up to the PML4. */
654         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
655                 p4_p[DMPML4I + i] = DMPDPphys + ptoa(i);
656                 p4_p[DMPML4I + i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
657         }
658
659         /* Connect the KVA slots up to the PML4 */
660         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
661                 p4_p[KPML4BASE + i] = KPDPphys + ptoa(i);
662                 p4_p[KPML4BASE + i] |= PG_RW | PG_V | PG_U;
663         }
664 }
665
666 /*
667  *      Bootstrap the system enough to run with virtual memory.
668  *
669  *      On amd64 this is called after mapping has already been enabled
670  *      and just syncs the pmap module with what has already been done.
671  *      [We can't call it easily with mapping off since the kernel is not
672  *      mapped with PA == VA, hence we would have to relocate every address
673  *      from the linked base (virtual) address "KERNBASE" to the actual
674  *      (physical) address starting relative to 0]
675  */
676 void
677 pmap_bootstrap(vm_paddr_t *firstaddr)
678 {
679         vm_offset_t va;
680         pt_entry_t *pte, *unused;
681
682         /*
683          * Create an initial set of page tables to run the kernel in.
684          */
685         create_pagetables(firstaddr);
686
687         virtual_avail = (vm_offset_t) KERNBASE + *firstaddr;
688         virtual_avail = pmap_kmem_choose(virtual_avail);
689
690         virtual_end = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS;
691
692
693         /* XXX do %cr0 as well */
694         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE | CR4_PSE);
695         load_cr3(KPML4phys);
696         if (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_SMEP)
697                 load_cr4(rcr4() | CR4_SMEP);
698
699         /*
700          * Initialize the kernel pmap (which is statically allocated).
701          */
702         PMAP_LOCK_INIT(kernel_pmap);
703         kernel_pmap->pm_pml4 = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
704         kernel_pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
705         CPU_FILL(&kernel_pmap->pm_active);      /* don't allow deactivation */
706         CPU_ZERO(&kernel_pmap->pm_save);
707         TAILQ_INIT(&kernel_pmap->pm_pvchunk);
708
709         /*
710          * Initialize the global pv list lock.
711          */
712         rw_init(&pvh_global_lock, "pmap pv global");
713
714         /*
715          * Reserve some special page table entries/VA space for temporary
716          * mapping of pages.
717          */
718 #define SYSMAP(c, p, v, n)      \
719         v = (c)va; va += ((n)*PAGE_SIZE); p = pte; pte += (n);
720
721         va = virtual_avail;
722         pte = vtopte(va);
723
724         /*
725          * CMAP1 is only used for the memory test.
726          */
727         SYSMAP(caddr_t, CMAP1, CADDR1, 1)
728
729         /*
730          * Crashdump maps.
731          */
732         SYSMAP(caddr_t, unused, crashdumpmap, MAXDUMPPGS)
733
734         virtual_avail = va;
735
736         /* Initialize the PAT MSR. */
737         pmap_init_pat();
738
739         /* Initialize TLB Context Id. */
740         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pcid_enabled", &pmap_pcid_enabled);
741         if ((cpu_feature2 & CPUID2_PCID) != 0 && pmap_pcid_enabled) {
742                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
743                 mtx_init(&pcid_mtx, "pcid", NULL, MTX_DEF);
744                 init_unrhdr(&pcid_unr, 1, (1 << 12) - 1, &pcid_mtx);
745                 /* Check for INVPCID support */
746                 invpcid_works = (cpu_stdext_feature & CPUID_STDEXT_INVPCID)
747                     != 0;
748                 kernel_pmap->pm_pcid = 0;
749 #ifndef SMP
750                 pmap_pcid_enabled = 0;
751 #endif
752         } else
753                 pmap_pcid_enabled = 0;
754 }
755
756 /*
757  * Setup the PAT MSR.
758  */
759 void
760 pmap_init_pat(void)
761 {
762         int pat_table[PAT_INDEX_SIZE];
763         uint64_t pat_msr;
764         u_long cr0, cr4;
765         int i;
766
767         /* Bail if this CPU doesn't implement PAT. */
768         if ((cpu_feature & CPUID_PAT) == 0)
769                 panic("no PAT??");
770
771         /* Set default PAT index table. */
772         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
773                 pat_table[i] = -1;
774         pat_table[PAT_WRITE_BACK] = 0;
775         pat_table[PAT_WRITE_THROUGH] = 1;
776         pat_table[PAT_UNCACHEABLE] = 3;
777         pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 3;
778         pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 3;
779         pat_table[PAT_UNCACHED] = 3;
780
781         /* Initialize default PAT entries. */
782         pat_msr = PAT_VALUE(0, PAT_WRITE_BACK) |
783             PAT_VALUE(1, PAT_WRITE_THROUGH) |
784             PAT_VALUE(2, PAT_UNCACHED) |
785             PAT_VALUE(3, PAT_UNCACHEABLE) |
786             PAT_VALUE(4, PAT_WRITE_BACK) |
787             PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_THROUGH) |
788             PAT_VALUE(6, PAT_UNCACHED) |
789             PAT_VALUE(7, PAT_UNCACHEABLE);
790
791         if (pat_works) {
792                 /*
793                  * Leave the indices 0-3 at the default of WB, WT, UC-, and UC.
794                  * Program 5 and 6 as WP and WC.
795                  * Leave 4 and 7 as WB and UC.
796                  */
797                 pat_msr &= ~(PAT_MASK(5) | PAT_MASK(6));
798                 pat_msr |= PAT_VALUE(5, PAT_WRITE_PROTECTED) |
799                     PAT_VALUE(6, PAT_WRITE_COMBINING);
800                 pat_table[PAT_UNCACHED] = 2;
801                 pat_table[PAT_WRITE_PROTECTED] = 5;
802                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 6;
803         } else {
804                 /*
805                  * Just replace PAT Index 2 with WC instead of UC-.
806                  */
807                 pat_msr &= ~PAT_MASK(2);
808                 pat_msr |= PAT_VALUE(2, PAT_WRITE_COMBINING);
809                 pat_table[PAT_WRITE_COMBINING] = 2;
810         }
811
812         /* Disable PGE. */
813         cr4 = rcr4();
814         load_cr4(cr4 & ~CR4_PGE);
815
816         /* Disable caches (CD = 1, NW = 0). */
817         cr0 = rcr0();
818         load_cr0((cr0 & ~CR0_NW) | CR0_CD);
819
820         /* Flushes caches and TLBs. */
821         wbinvd();
822         invltlb();
823
824         /* Update PAT and index table. */
825         wrmsr(MSR_PAT, pat_msr);
826         for (i = 0; i < PAT_INDEX_SIZE; i++)
827                 pat_index[i] = pat_table[i];
828
829         /* Flush caches and TLBs again. */
830         wbinvd();
831         invltlb();
832
833         /* Restore caches and PGE. */
834         load_cr0(cr0);
835         load_cr4(cr4);
836 }
837
838 /*
839  *      Initialize a vm_page's machine-dependent fields.
840  */
841 void
842 pmap_page_init(vm_page_t m)
843 {
844
845         TAILQ_INIT(&m->md.pv_list);
846         m->md.pat_mode = PAT_WRITE_BACK;
847 }
848
849 /*
850  *      Initialize the pmap module.
851  *      Called by vm_init, to initialize any structures that the pmap
852  *      system needs to map virtual memory.
853  */
854 void
855 pmap_init(void)
856 {
857         vm_page_t mpte;
858         vm_size_t s;
859         int i, pv_npg;
860
861         /*
862          * Initialize the vm page array entries for the kernel pmap's
863          * page table pages.
864          */ 
865         for (i = 0; i < nkpt; i++) {
866                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(KPTphys + (i << PAGE_SHIFT));
867                 KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
868                     mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
869                     ("pmap_init: page table page is out of range"));
870                 mpte->pindex = pmap_pde_pindex(KERNBASE) + i;
871                 mpte->phys_addr = KPTphys + (i << PAGE_SHIFT);
872         }
873
874         /*
875          * If the kernel is running in a virtual machine on an AMD Family 10h
876          * processor, then it must assume that MCA is enabled by the virtual
877          * machine monitor.
878          */
879         if (vm_guest == VM_GUEST_VM && cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD &&
880             CPUID_TO_FAMILY(cpu_id) == 0x10)
881                 workaround_erratum383 = 1;
882
883         /*
884          * Are large page mappings enabled?
885          */
886         TUNABLE_INT_FETCH("vm.pmap.pg_ps_enabled", &pg_ps_enabled);
887         if (pg_ps_enabled) {
888                 KASSERT(MAXPAGESIZES > 1 && pagesizes[1] == 0,
889                     ("pmap_init: can't assign to pagesizes[1]"));
890                 pagesizes[1] = NBPDR;
891         }
892
893         /*
894          * Initialize the pv chunk list mutex.
895          */
896         mtx_init(&pv_chunks_mutex, "pmap pv chunk list", NULL, MTX_DEF);
897
898         /*
899          * Initialize the pool of pv list locks.
900          */
901         for (i = 0; i < NPV_LIST_LOCKS; i++)
902                 rw_init(&pv_list_locks[i], "pmap pv list");
903
904         /*
905          * Calculate the size of the pv head table for superpages.
906          */
907         for (i = 0; phys_avail[i + 1]; i += 2);
908         pv_npg = round_2mpage(phys_avail[(i - 2) + 1]) / NBPDR;
909
910         /*
911          * Allocate memory for the pv head table for superpages.
912          */
913         s = (vm_size_t)(pv_npg * sizeof(struct md_page));
914         s = round_page(s);
915         pv_table = (struct md_page *)kmem_malloc(kernel_arena, s,
916             M_WAITOK | M_ZERO);
917         for (i = 0; i < pv_npg; i++)
918                 TAILQ_INIT(&pv_table[i].pv_list);
919 }
920
921 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pde, CTLFLAG_RD, 0,
922     "2MB page mapping counters");
923
924 static u_long pmap_pde_demotions;
925 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
926     &pmap_pde_demotions, 0, "2MB page demotions");
927
928 static u_long pmap_pde_mappings;
929 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, mappings, CTLFLAG_RD,
930     &pmap_pde_mappings, 0, "2MB page mappings");
931
932 static u_long pmap_pde_p_failures;
933 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, p_failures, CTLFLAG_RD,
934     &pmap_pde_p_failures, 0, "2MB page promotion failures");
935
936 static u_long pmap_pde_promotions;
937 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pde, OID_AUTO, promotions, CTLFLAG_RD,
938     &pmap_pde_promotions, 0, "2MB page promotions");
939
940 static SYSCTL_NODE(_vm_pmap, OID_AUTO, pdpe, CTLFLAG_RD, 0,
941     "1GB page mapping counters");
942
943 static u_long pmap_pdpe_demotions;
944 SYSCTL_ULONG(_vm_pmap_pdpe, OID_AUTO, demotions, CTLFLAG_RD,
945     &pmap_pdpe_demotions, 0, "1GB page demotions");
946
947 /***************************************************
948  * Low level helper routines.....
949  ***************************************************/
950
951 /*
952  * Determine the appropriate bits to set in a PTE or PDE for a specified
953  * caching mode.
954  */
955 static int
956 pmap_cache_bits(int mode, boolean_t is_pde)
957 {
958         int cache_bits, pat_flag, pat_idx;
959
960         if (mode < 0 || mode >= PAT_INDEX_SIZE || pat_index[mode] < 0)
961                 panic("Unknown caching mode %d\n", mode);
962
963         /* The PAT bit is different for PTE's and PDE's. */
964         pat_flag = is_pde ? PG_PDE_PAT : PG_PTE_PAT;
965
966         /* Map the caching mode to a PAT index. */
967         pat_idx = pat_index[mode];
968
969         /* Map the 3-bit index value into the PAT, PCD, and PWT bits. */
970         cache_bits = 0;
971         if (pat_idx & 0x4)
972                 cache_bits |= pat_flag;
973         if (pat_idx & 0x2)
974                 cache_bits |= PG_NC_PCD;
975         if (pat_idx & 0x1)
976                 cache_bits |= PG_NC_PWT;
977         return (cache_bits);
978 }
979
980 /*
981  * After changing the page size for the specified virtual address in the page
982  * table, flush the corresponding entries from the processor's TLB.  Only the
983  * calling processor's TLB is affected.
984  *
985  * The calling thread must be pinned to a processor.
986  */
987 static void
988 pmap_update_pde_invalidate(vm_offset_t va, pd_entry_t newpde)
989 {
990
991         if ((newpde & PG_PS) == 0)
992                 /* Demotion: flush a specific 2MB page mapping. */
993                 invlpg(va);
994         else if ((newpde & PG_G) == 0)
995                 /*
996                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB
997                  * because there are too many to flush individually.
998                  */
999                 invltlb();
1000         else {
1001                 /*
1002                  * Promotion: flush every 4KB page mapping from the TLB,
1003                  * including any global (PG_G) mappings.
1004                  */
1005                 invltlb_globpcid();
1006         }
1007 }
1008 #ifdef SMP
1009
1010 static void
1011 pmap_invalidate_page_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1012 {
1013         struct invpcid_descr d;
1014         uint64_t cr3;
1015
1016         if (invpcid_works) {
1017                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1018                 d.pad = 0;
1019                 d.addr = va;
1020                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1021                 return;
1022         }
1023
1024         cr3 = rcr3();
1025         critical_enter();
1026         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1027         invlpg(va);
1028         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1029         critical_exit();
1030 }
1031
1032 /*
1033  * For SMP, these functions have to use the IPI mechanism for coherence.
1034  *
1035  * N.B.: Before calling any of the following TLB invalidation functions,
1036  * the calling processor must ensure that all stores updating a non-
1037  * kernel page table are globally performed.  Otherwise, another
1038  * processor could cache an old, pre-update entry without being
1039  * invalidated.  This can happen one of two ways: (1) The pmap becomes
1040  * active on another processor after its pm_active field is checked by
1041  * one of the following functions but before a store updating the page
1042  * table is globally performed. (2) The pmap becomes active on another
1043  * processor before its pm_active field is checked but due to
1044  * speculative loads one of the following functions stills reads the
1045  * pmap as inactive on the other processor.
1046  * 
1047  * The kernel page table is exempt because its pm_active field is
1048  * immutable.  The kernel page table is always active on every
1049  * processor.
1050  */
1051 void
1052 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1053 {
1054         cpuset_t other_cpus;
1055         u_int cpuid;
1056
1057         sched_pin();
1058         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1059                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1060                         invlpg(va);
1061                 } else {
1062                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1063                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap))
1064                                         invlpg(va);
1065                                 else
1066                                         pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1067                         } else {
1068                                 invltlb_globpcid();
1069                         }
1070                 }
1071                 smp_invlpg(pmap, va);
1072         } else {
1073                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1074                 other_cpus = all_cpus;
1075                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1076                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1077                         invlpg(va);
1078                 else if (pmap_pcid_enabled) {
1079                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1080                                 pmap_invalidate_page_pcid(pmap, va);
1081                         else
1082                                 invltlb_globpcid();
1083                 }
1084                 if (pmap_pcid_enabled)
1085                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1086                 else
1087                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1088                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1089                         smp_masked_invlpg(other_cpus, pmap, va);
1090         }
1091         sched_unpin();
1092 }
1093
1094 static void
1095 pmap_invalidate_range_pcid(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1096 {
1097         struct invpcid_descr d;
1098         uint64_t cr3;
1099         vm_offset_t addr;
1100
1101         if (invpcid_works) {
1102                 d.pcid = pmap->pm_pcid;
1103                 d.pad = 0;
1104                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE) {
1105                         d.addr = addr;
1106                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1107                 }
1108                 return;
1109         }
1110
1111         cr3 = rcr3();
1112         critical_enter();
1113         load_cr3(pmap->pm_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1114         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1115                 invlpg(addr);
1116         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1117         critical_exit();
1118 }
1119
1120 void
1121 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1122 {
1123         cpuset_t other_cpus;
1124         vm_offset_t addr;
1125         u_int cpuid;
1126
1127         sched_pin();
1128         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1129                 if (!pmap_pcid_enabled) {
1130                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1131                                 invlpg(addr);
1132                 } else {
1133                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1134                                 if (pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
1135                                         for (addr = sva; addr < eva;
1136                                             addr += PAGE_SIZE)
1137                                                 invlpg(addr);
1138                                 } else {
1139                                         pmap_invalidate_range_pcid(pmap,
1140                                             sva, eva);
1141                                 }
1142                         } else {
1143                                 invltlb_globpcid();
1144                         }
1145                 }
1146                 smp_invlpg_range(pmap, sva, eva);
1147         } else {
1148                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1149                 other_cpus = all_cpus;
1150                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1151                 if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active)) {
1152                         for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1153                                 invlpg(addr);
1154                 } else if (pmap_pcid_enabled) {
1155                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0)
1156                                 pmap_invalidate_range_pcid(pmap, sva, eva);
1157                         else
1158                                 invltlb_globpcid();
1159                 }
1160                 if (pmap_pcid_enabled)
1161                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1162                 else
1163                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1164                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1165                         smp_masked_invlpg_range(other_cpus, pmap, sva, eva);
1166         }
1167         sched_unpin();
1168 }
1169
1170 void
1171 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1172 {
1173         cpuset_t other_cpus;
1174         struct invpcid_descr d;
1175         uint64_t cr3;
1176         u_int cpuid;
1177
1178         sched_pin();
1179         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1180         if (pmap == kernel_pmap ||
1181             (pmap_pcid_enabled && !CPU_CMP(&pmap->pm_save, &all_cpus)) ||
1182             !CPU_CMP(&pmap->pm_active, &all_cpus)) {
1183                 if (invpcid_works) {
1184                         bzero(&d, sizeof(d));
1185                         invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
1186                 } else {
1187                         invltlb_globpcid();
1188                 }
1189                 CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1190                 smp_invltlb(pmap);
1191         } else {
1192                 other_cpus = all_cpus;
1193                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1194
1195                 /*
1196                  * This logic is duplicated in the Xinvltlb shootdown
1197                  * IPI handler.
1198                  */
1199                 if (pmap_pcid_enabled) {
1200                         if (pmap->pm_pcid != -1 && pmap->pm_pcid != 0) {
1201                                 if (invpcid_works) {
1202                                         d.pcid = pmap->pm_pcid;
1203                                         d.pad = 0;
1204                                         d.addr = 0;
1205                                         invpcid(&d, INVPCID_CTX);
1206                                 } else {
1207                                         cr3 = rcr3();
1208                                         critical_enter();
1209
1210                                         /*
1211                                          * Bit 63 is clear, pcid TLB
1212                                          * entries are invalidated.
1213                                          */
1214                                         load_cr3(pmap->pm_cr3);
1215                                         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1216                                         critical_exit();
1217                                 }
1218                         } else {
1219                                 invltlb_globpcid();
1220                         }
1221                 } else if (CPU_ISSET(cpuid, &pmap->pm_active))
1222                         invltlb();
1223                 CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
1224                 if (pmap_pcid_enabled)
1225                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_save);
1226                 else
1227                         CPU_AND(&other_cpus, &pmap->pm_active);
1228                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus))
1229                         smp_masked_invltlb(other_cpus, pmap);
1230         }
1231         sched_unpin();
1232 }
1233
1234 void
1235 pmap_invalidate_cache(void)
1236 {
1237
1238         sched_pin();
1239         wbinvd();
1240         smp_cache_flush();
1241         sched_unpin();
1242 }
1243
1244 struct pde_action {
1245         cpuset_t invalidate;    /* processors that invalidate their TLB */
1246         vm_offset_t va;
1247         pd_entry_t *pde;
1248         pd_entry_t newpde;
1249         u_int store;            /* processor that updates the PDE */
1250 };
1251
1252 static void
1253 pmap_update_pde_action(void *arg)
1254 {
1255         struct pde_action *act = arg;
1256
1257         if (act->store == PCPU_GET(cpuid))
1258                 pde_store(act->pde, act->newpde);
1259 }
1260
1261 static void
1262 pmap_update_pde_teardown(void *arg)
1263 {
1264         struct pde_action *act = arg;
1265
1266         if (CPU_ISSET(PCPU_GET(cpuid), &act->invalidate))
1267                 pmap_update_pde_invalidate(act->va, act->newpde);
1268 }
1269
1270 /*
1271  * Change the page size for the specified virtual address in a way that
1272  * prevents any possibility of the TLB ever having two entries that map the
1273  * same virtual address using different page sizes.  This is the recommended
1274  * workaround for Erratum 383 on AMD Family 10h processors.  It prevents a
1275  * machine check exception for a TLB state that is improperly diagnosed as a
1276  * hardware error.
1277  */
1278 static void
1279 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1280 {
1281         struct pde_action act;
1282         cpuset_t active, other_cpus;
1283         u_int cpuid;
1284
1285         sched_pin();
1286         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1287         other_cpus = all_cpus;
1288         CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
1289         if (pmap == kernel_pmap)
1290                 active = all_cpus;
1291         else {
1292                 active = pmap->pm_active;
1293                 CPU_AND_ATOMIC(&pmap->pm_save, &active);
1294         }
1295         if (CPU_OVERLAP(&active, &other_cpus)) { 
1296                 act.store = cpuid;
1297                 act.invalidate = active;
1298                 act.va = va;
1299                 act.pde = pde;
1300                 act.newpde = newpde;
1301                 CPU_SET(cpuid, &active);
1302                 smp_rendezvous_cpus(active,
1303                     smp_no_rendevous_barrier, pmap_update_pde_action,
1304                     pmap_update_pde_teardown, &act);
1305         } else {
1306                 pde_store(pde, newpde);
1307                 if (CPU_ISSET(cpuid, &active))
1308                         pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1309         }
1310         sched_unpin();
1311 }
1312 #else /* !SMP */
1313 /*
1314  * Normal, non-SMP, invalidation functions.
1315  * We inline these within pmap.c for speed.
1316  */
1317 PMAP_INLINE void
1318 pmap_invalidate_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1319 {
1320
1321         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1322                 invlpg(va);
1323 }
1324
1325 PMAP_INLINE void
1326 pmap_invalidate_range(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1327 {
1328         vm_offset_t addr;
1329
1330         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1331                 for (addr = sva; addr < eva; addr += PAGE_SIZE)
1332                         invlpg(addr);
1333 }
1334
1335 PMAP_INLINE void
1336 pmap_invalidate_all(pmap_t pmap)
1337 {
1338
1339         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1340                 invltlb();
1341 }
1342
1343 PMAP_INLINE void
1344 pmap_invalidate_cache(void)
1345 {
1346
1347         wbinvd();
1348 }
1349
1350 static void
1351 pmap_update_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde, pd_entry_t newpde)
1352 {
1353
1354         pde_store(pde, newpde);
1355         if (pmap == kernel_pmap || !CPU_EMPTY(&pmap->pm_active))
1356                 pmap_update_pde_invalidate(va, newpde);
1357         else
1358                 CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
1359 }
1360 #endif /* !SMP */
1361
1362 #define PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD   (2 * 1024 * 1024)
1363
1364 void
1365 pmap_invalidate_cache_range(vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
1366 {
1367
1368         KASSERT((sva & PAGE_MASK) == 0,
1369             ("pmap_invalidate_cache_range: sva not page-aligned"));
1370         KASSERT((eva & PAGE_MASK) == 0,
1371             ("pmap_invalidate_cache_range: eva not page-aligned"));
1372
1373         if (cpu_feature & CPUID_SS)
1374                 ; /* If "Self Snoop" is supported, do nothing. */
1375         else if ((cpu_feature & CPUID_CLFSH) != 0 &&
1376             eva - sva < PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD) {
1377
1378                 /*
1379                  * XXX: Some CPUs fault, hang, or trash the local APIC
1380                  * registers if we use CLFLUSH on the local APIC
1381                  * range.  The local APIC is always uncached, so we
1382                  * don't need to flush for that range anyway.
1383                  */
1384                 if (pmap_kextract(sva) == lapic_paddr)
1385                         return;
1386
1387                 /*
1388                  * Otherwise, do per-cache line flush.  Use the mfence
1389                  * instruction to insure that previous stores are
1390                  * included in the write-back.  The processor
1391                  * propagates flush to other processors in the cache
1392                  * coherence domain.
1393                  */
1394                 mfence();
1395                 for (; sva < eva; sva += cpu_clflush_line_size)
1396                         clflush(sva);
1397                 mfence();
1398         } else {
1399
1400                 /*
1401                  * No targeted cache flush methods are supported by CPU,
1402                  * or the supplied range is bigger than 2MB.
1403                  * Globally invalidate cache.
1404                  */
1405                 pmap_invalidate_cache();
1406         }
1407 }
1408
1409 /*
1410  * Remove the specified set of pages from the data and instruction caches.
1411  *
1412  * In contrast to pmap_invalidate_cache_range(), this function does not
1413  * rely on the CPU's self-snoop feature, because it is intended for use
1414  * when moving pages into a different cache domain.
1415  */
1416 void
1417 pmap_invalidate_cache_pages(vm_page_t *pages, int count)
1418 {
1419         vm_offset_t daddr, eva;
1420         int i;
1421
1422         if (count >= PMAP_CLFLUSH_THRESHOLD / PAGE_SIZE ||
1423             (cpu_feature & CPUID_CLFSH) == 0)
1424                 pmap_invalidate_cache();
1425         else {
1426                 mfence();
1427                 for (i = 0; i < count; i++) {
1428                         daddr = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pages[i]));
1429                         eva = daddr + PAGE_SIZE;
1430                         for (; daddr < eva; daddr += cpu_clflush_line_size)
1431                                 clflush(daddr);
1432                 }
1433                 mfence();
1434         }
1435 }
1436
1437 /*
1438  * Are we current address space or kernel?
1439  */
1440 static __inline int
1441 pmap_is_current(pmap_t pmap)
1442 {
1443         return (pmap == kernel_pmap ||
1444             (pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME) == (PML4pml4e[0] & PG_FRAME));
1445 }
1446
1447 /*
1448  *      Routine:        pmap_extract
1449  *      Function:
1450  *              Extract the physical page address associated
1451  *              with the given map/virtual_address pair.
1452  */
1453 vm_paddr_t 
1454 pmap_extract(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1455 {
1456         pdp_entry_t *pdpe;
1457         pd_entry_t *pde;
1458         pt_entry_t *pte;
1459         vm_paddr_t pa;
1460
1461         pa = 0;
1462         PMAP_LOCK(pmap);
1463         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
1464         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
1465                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0)
1466                         pa = (*pdpe & PG_PS_FRAME) | (va & PDPMASK);
1467                 else {
1468                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
1469                         if ((*pde & PG_V) != 0) {
1470                                 if ((*pde & PG_PS) != 0) {
1471                                         pa = (*pde & PG_PS_FRAME) |
1472                                             (va & PDRMASK);
1473                                 } else {
1474                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
1475                                         pa = (*pte & PG_FRAME) |
1476                                             (va & PAGE_MASK);
1477                                 }
1478                         }
1479                 }
1480         }
1481         PMAP_UNLOCK(pmap);
1482         return (pa);
1483 }
1484
1485 /*
1486  *      Routine:        pmap_extract_and_hold
1487  *      Function:
1488  *              Atomically extract and hold the physical page
1489  *              with the given pmap and virtual address pair
1490  *              if that mapping permits the given protection.
1491  */
1492 vm_page_t
1493 pmap_extract_and_hold(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t prot)
1494 {
1495         pd_entry_t pde, *pdep;
1496         pt_entry_t pte;
1497         vm_paddr_t pa;
1498         vm_page_t m;
1499
1500         pa = 0;
1501         m = NULL;
1502         PMAP_LOCK(pmap);
1503 retry:
1504         pdep = pmap_pde(pmap, va);
1505         if (pdep != NULL && (pde = *pdep)) {
1506                 if (pde & PG_PS) {
1507                         if ((pde & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
1508                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, (pde &
1509                                     PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK), &pa))
1510                                         goto retry;
1511                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE((pde & PG_PS_FRAME) |
1512                                     (va & PDRMASK));
1513                                 vm_page_hold(m);
1514                         }
1515                 } else {
1516                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, va);
1517                         if ((pte & PG_V) &&
1518                             ((pte & PG_RW) || (prot & VM_PROT_WRITE) == 0)) {
1519                                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pte & PG_FRAME,
1520                                     &pa))
1521                                         goto retry;
1522                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pte & PG_FRAME);
1523                                 vm_page_hold(m);
1524                         }
1525                 }
1526         }
1527         PA_UNLOCK_COND(pa);
1528         PMAP_UNLOCK(pmap);
1529         return (m);
1530 }
1531
1532 vm_paddr_t
1533 pmap_kextract(vm_offset_t va)
1534 {
1535         pd_entry_t pde;
1536         vm_paddr_t pa;
1537
1538         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS) {
1539                 pa = DMAP_TO_PHYS(va);
1540         } else {
1541                 pde = *vtopde(va);
1542                 if (pde & PG_PS) {
1543                         pa = (pde & PG_PS_FRAME) | (va & PDRMASK);
1544                 } else {
1545                         /*
1546                          * Beware of a concurrent promotion that changes the
1547                          * PDE at this point!  For example, vtopte() must not
1548                          * be used to access the PTE because it would use the
1549                          * new PDE.  It is, however, safe to use the old PDE
1550                          * because the page table page is preserved by the
1551                          * promotion.
1552                          */
1553                         pa = *pmap_pde_to_pte(&pde, va);
1554                         pa = (pa & PG_FRAME) | (va & PAGE_MASK);
1555                 }
1556         }
1557         return (pa);
1558 }
1559
1560 /***************************************************
1561  * Low level mapping routines.....
1562  ***************************************************/
1563
1564 /*
1565  * Add a wired page to the kva.
1566  * Note: not SMP coherent.
1567  */
1568 PMAP_INLINE void 
1569 pmap_kenter(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa)
1570 {
1571         pt_entry_t *pte;
1572
1573         pte = vtopte(va);
1574         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G);
1575 }
1576
1577 static __inline void
1578 pmap_kenter_attr(vm_offset_t va, vm_paddr_t pa, int mode)
1579 {
1580         pt_entry_t *pte;
1581
1582         pte = vtopte(va);
1583         pte_store(pte, pa | PG_RW | PG_V | PG_G | pmap_cache_bits(mode, 0));
1584 }
1585
1586 /*
1587  * Remove a page from the kernel pagetables.
1588  * Note: not SMP coherent.
1589  */
1590 PMAP_INLINE void
1591 pmap_kremove(vm_offset_t va)
1592 {
1593         pt_entry_t *pte;
1594
1595         pte = vtopte(va);
1596         pte_clear(pte);
1597 }
1598
1599 /*
1600  *      Used to map a range of physical addresses into kernel
1601  *      virtual address space.
1602  *
1603  *      The value passed in '*virt' is a suggested virtual address for
1604  *      the mapping. Architectures which can support a direct-mapped
1605  *      physical to virtual region can return the appropriate address
1606  *      within that region, leaving '*virt' unchanged. Other
1607  *      architectures should map the pages starting at '*virt' and
1608  *      update '*virt' with the first usable address after the mapped
1609  *      region.
1610  */
1611 vm_offset_t
1612 pmap_map(vm_offset_t *virt, vm_paddr_t start, vm_paddr_t end, int prot)
1613 {
1614         return PHYS_TO_DMAP(start);
1615 }
1616
1617
1618 /*
1619  * Add a list of wired pages to the kva
1620  * this routine is only used for temporary
1621  * kernel mappings that do not need to have
1622  * page modification or references recorded.
1623  * Note that old mappings are simply written
1624  * over.  The page *must* be wired.
1625  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1626  */
1627 void
1628 pmap_qenter(vm_offset_t sva, vm_page_t *ma, int count)
1629 {
1630         pt_entry_t *endpte, oldpte, pa, *pte;
1631         vm_page_t m;
1632
1633         oldpte = 0;
1634         pte = vtopte(sva);
1635         endpte = pte + count;
1636         while (pte < endpte) {
1637                 m = *ma++;
1638                 pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
1639                 if ((*pte & (PG_FRAME | PG_PTE_CACHE)) != pa) {
1640                         oldpte |= *pte;
1641                         pte_store(pte, pa | PG_G | PG_RW | PG_V);
1642                 }
1643                 pte++;
1644         }
1645         if (__predict_false((oldpte & PG_V) != 0))
1646                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, sva + count *
1647                     PAGE_SIZE);
1648 }
1649
1650 /*
1651  * This routine tears out page mappings from the
1652  * kernel -- it is meant only for temporary mappings.
1653  * Note: SMP coherent.  Uses a ranged shootdown IPI.
1654  */
1655 void
1656 pmap_qremove(vm_offset_t sva, int count)
1657 {
1658         vm_offset_t va;
1659
1660         va = sva;
1661         while (count-- > 0) {
1662                 KASSERT(va >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS, ("usermode va %lx", va));
1663                 pmap_kremove(va);
1664                 va += PAGE_SIZE;
1665         }
1666         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, sva, va);
1667 }
1668
1669 /***************************************************
1670  * Page table page management routines.....
1671  ***************************************************/
1672 static __inline void
1673 pmap_free_zero_pages(struct spglist *free)
1674 {
1675         vm_page_t m;
1676
1677         while ((m = SLIST_FIRST(free)) != NULL) {
1678                 SLIST_REMOVE_HEAD(free, plinks.s.ss);
1679                 /* Preserve the page's PG_ZERO setting. */
1680                 vm_page_free_toq(m);
1681         }
1682 }
1683
1684 /*
1685  * Schedule the specified unused page table page to be freed.  Specifically,
1686  * add the page to the specified list of pages that will be released to the
1687  * physical memory manager after the TLB has been updated.
1688  */
1689 static __inline void
1690 pmap_add_delayed_free_list(vm_page_t m, struct spglist *free,
1691     boolean_t set_PG_ZERO)
1692 {
1693
1694         if (set_PG_ZERO)
1695                 m->flags |= PG_ZERO;
1696         else
1697                 m->flags &= ~PG_ZERO;
1698         SLIST_INSERT_HEAD(free, m, plinks.s.ss);
1699 }
1700         
1701 /*
1702  * Inserts the specified page table page into the specified pmap's collection
1703  * of idle page table pages.  Each of a pmap's page table pages is responsible
1704  * for mapping a distinct range of virtual addresses.  The pmap's collection is
1705  * ordered by this virtual address range.
1706  */
1707 static __inline int
1708 pmap_insert_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1709 {
1710
1711         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1712         return (vm_radix_insert(&pmap->pm_root, mpte));
1713 }
1714
1715 /*
1716  * Looks for a page table page mapping the specified virtual address in the
1717  * specified pmap's collection of idle page table pages.  Returns NULL if there
1718  * is no page table page corresponding to the specified virtual address.
1719  */
1720 static __inline vm_page_t
1721 pmap_lookup_pt_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va)
1722 {
1723
1724         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1725         return (vm_radix_lookup(&pmap->pm_root, pmap_pde_pindex(va)));
1726 }
1727
1728 /*
1729  * Removes the specified page table page from the specified pmap's collection
1730  * of idle page table pages.  The specified page table page must be a member of
1731  * the pmap's collection.
1732  */
1733 static __inline void
1734 pmap_remove_pt_page(pmap_t pmap, vm_page_t mpte)
1735 {
1736
1737         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1738         vm_radix_remove(&pmap->pm_root, mpte->pindex);
1739 }
1740
1741 /*
1742  * Decrements a page table page's wire count, which is used to record the
1743  * number of valid page table entries within the page.  If the wire count
1744  * drops to zero, then the page table page is unmapped.  Returns TRUE if the
1745  * page table page was unmapped and FALSE otherwise.
1746  */
1747 static inline boolean_t
1748 pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1749 {
1750
1751         --m->wire_count;
1752         if (m->wire_count == 0) {
1753                 _pmap_unwire_ptp(pmap, va, m, free);
1754                 return (TRUE);
1755         } else
1756                 return (FALSE);
1757 }
1758
1759 static void
1760 _pmap_unwire_ptp(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, struct spglist *free)
1761 {
1762
1763         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1764         /*
1765          * unmap the page table page
1766          */
1767         if (m->pindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1768                 /* PDP page */
1769                 pml4_entry_t *pml4;
1770                 pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
1771                 *pml4 = 0;
1772         } else if (m->pindex >= NUPDE) {
1773                 /* PD page */
1774                 pdp_entry_t *pdp;
1775                 pdp = pmap_pdpe(pmap, va);
1776                 *pdp = 0;
1777         } else {
1778                 /* PTE page */
1779                 pd_entry_t *pd;
1780                 pd = pmap_pde(pmap, va);
1781                 *pd = 0;
1782         }
1783         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
1784         if (m->pindex < NUPDE) {
1785                 /* We just released a PT, unhold the matching PD */
1786                 vm_page_t pdpg;
1787
1788                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pdpe(pmap, va) & PG_FRAME);
1789                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdpg, free);
1790         }
1791         if (m->pindex >= NUPDE && m->pindex < (NUPDE + NUPDPE)) {
1792                 /* We just released a PD, unhold the matching PDP */
1793                 vm_page_t pdppg;
1794
1795                 pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pmap_pml4e(pmap, va) & PG_FRAME);
1796                 pmap_unwire_ptp(pmap, va, pdppg, free);
1797         }
1798
1799         /*
1800          * This is a release store so that the ordinary store unmapping
1801          * the page table page is globally performed before TLB shoot-
1802          * down is begun.
1803          */
1804         atomic_subtract_rel_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1805
1806         /* 
1807          * Put page on a list so that it is released after
1808          * *ALL* TLB shootdown is done
1809          */
1810         pmap_add_delayed_free_list(m, free, TRUE);
1811 }
1812
1813 /*
1814  * After removing a page table entry, this routine is used to
1815  * conditionally free the page, and manage the hold/wire counts.
1816  */
1817 static int
1818 pmap_unuse_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t ptepde,
1819     struct spglist *free)
1820 {
1821         vm_page_t mpte;
1822
1823         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
1824                 return (0);
1825         KASSERT(ptepde != 0, ("pmap_unuse_pt: ptepde != 0"));
1826         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(ptepde & PG_FRAME);
1827         return (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, free));
1828 }
1829
1830 void
1831 pmap_pinit0(pmap_t pmap)
1832 {
1833
1834         PMAP_LOCK_INIT(pmap);
1835         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(KPML4phys);
1836         pmap->pm_cr3 = KPML4phys;
1837         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1838         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1839         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
1840         PCPU_SET(curpmap, pmap);
1841         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1842         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1843         pmap->pm_pcid = pmap_pcid_enabled ? 0 : -1;
1844 }
1845
1846 /*
1847  * Initialize a preallocated and zeroed pmap structure,
1848  * such as one in a vmspace structure.
1849  */
1850 int
1851 pmap_pinit(pmap_t pmap)
1852 {
1853         vm_page_t pml4pg;
1854         int i;
1855
1856         /*
1857          * allocate the page directory page
1858          */
1859         while ((pml4pg = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL |
1860             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL)
1861                 VM_WAIT;
1862
1863         pmap->pm_cr3 = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg);
1864         pmap->pm_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(pmap->pm_cr3);
1865
1866         if ((pml4pg->flags & PG_ZERO) == 0)
1867                 pagezero(pmap->pm_pml4);
1868
1869         /* Wire in kernel global address entries. */
1870         for (i = 0; i < NKPML4E; i++) {
1871                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = (KPDPphys + (i << PAGE_SHIFT)) |
1872                     PG_RW | PG_V | PG_U;
1873         }
1874         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++) {
1875                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = (DMPDPphys + (i << PAGE_SHIFT)) |
1876                     PG_RW | PG_V | PG_U;
1877         }
1878
1879         /* install self-referential address mapping entry(s) */
1880         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = VM_PAGE_TO_PHYS(pml4pg) | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M;
1881
1882         pmap->pm_root.rt_root = 0;
1883         CPU_ZERO(&pmap->pm_active);
1884         TAILQ_INIT(&pmap->pm_pvchunk);
1885         bzero(&pmap->pm_stats, sizeof pmap->pm_stats);
1886         if (pmap_pcid_enabled) {
1887                 pmap->pm_pcid = alloc_unr(&pcid_unr);
1888                 if (pmap->pm_pcid != -1)
1889                         pmap->pm_cr3 |= pmap->pm_pcid;
1890         } else {
1891                 pmap->pm_pcid = -1;
1892         }
1893         CPU_ZERO(&pmap->pm_save);
1894
1895         return (1);
1896 }
1897
1898 /*
1899  * This routine is called if the desired page table page does not exist.
1900  *
1901  * If page table page allocation fails, this routine may sleep before
1902  * returning NULL.  It sleeps only if a lock pointer was given.
1903  *
1904  * Note: If a page allocation fails at page table level two or three,
1905  * one or two pages may be held during the wait, only to be released
1906  * afterwards.  This conservative approach is easily argued to avoid
1907  * race conditions.
1908  */
1909 static vm_page_t
1910 _pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_pindex_t ptepindex, struct rwlock **lockp)
1911 {
1912         vm_page_t m, pdppg, pdpg;
1913
1914         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
1915
1916         /*
1917          * Allocate a page table page.
1918          */
1919         if ((m = vm_page_alloc(NULL, ptepindex, VM_ALLOC_NOOBJ |
1920             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO)) == NULL) {
1921                 if (lockp != NULL) {
1922                         RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
1923                         PMAP_UNLOCK(pmap);
1924                         rw_runlock(&pvh_global_lock);
1925                         VM_WAIT;
1926                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
1927                         PMAP_LOCK(pmap);
1928                 }
1929
1930                 /*
1931                  * Indicate the need to retry.  While waiting, the page table
1932                  * page may have been allocated.
1933                  */
1934                 return (NULL);
1935         }
1936         if ((m->flags & PG_ZERO) == 0)
1937                 pmap_zero_page(m);
1938
1939         /*
1940          * Map the pagetable page into the process address space, if
1941          * it isn't already there.
1942          */
1943
1944         if (ptepindex >= (NUPDE + NUPDPE)) {
1945                 pml4_entry_t *pml4;
1946                 vm_pindex_t pml4index;
1947
1948                 /* Wire up a new PDPE page */
1949                 pml4index = ptepindex - (NUPDE + NUPDPE);
1950                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1951                 *pml4 = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1952
1953         } else if (ptepindex >= NUPDE) {
1954                 vm_pindex_t pml4index;
1955                 vm_pindex_t pdpindex;
1956                 pml4_entry_t *pml4;
1957                 pdp_entry_t *pdp;
1958
1959                 /* Wire up a new PDE page */
1960                 pdpindex = ptepindex - NUPDE;
1961                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1962
1963                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1964                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1965                         /* Have to allocate a new pdp, recurse */
1966                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + NUPDPE + pml4index,
1967                             lockp) == NULL) {
1968                                 --m->wire_count;
1969                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
1970                                 vm_page_free_zero(m);
1971                                 return (NULL);
1972                         }
1973                 } else {
1974                         /* Add reference to pdp page */
1975                         pdppg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pml4 & PG_FRAME);
1976                         pdppg->wire_count++;
1977                 }
1978                 pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
1979
1980                 /* Now find the pdp page */
1981                 pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
1982                 *pdp = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
1983
1984         } else {
1985                 vm_pindex_t pml4index;
1986                 vm_pindex_t pdpindex;
1987                 pml4_entry_t *pml4;
1988                 pdp_entry_t *pdp;
1989                 pd_entry_t *pd;
1990
1991                 /* Wire up a new PTE page */
1992                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
1993                 pml4index = pdpindex >> NPML4EPGSHIFT;
1994
1995                 /* First, find the pdp and check that its valid. */
1996                 pml4 = &pmap->pm_pml4[pml4index];
1997                 if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
1998                         /* Have to allocate a new pd, recurse */
1999                         if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2000                             lockp) == NULL) {
2001                                 --m->wire_count;
2002                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2003                                 vm_page_free_zero(m);
2004                                 return (NULL);
2005                         }
2006                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2007                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2008                 } else {
2009                         pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pml4 & PG_FRAME);
2010                         pdp = &pdp[pdpindex & ((1ul << NPDPEPGSHIFT) - 1)];
2011                         if ((*pdp & PG_V) == 0) {
2012                                 /* Have to allocate a new pd, recurse */
2013                                 if (_pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex,
2014                                     lockp) == NULL) {
2015                                         --m->wire_count;
2016                                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count,
2017                                             1);
2018                                         vm_page_free_zero(m);
2019                                         return (NULL);
2020                                 }
2021                         } else {
2022                                 /* Add reference to the pd page */
2023                                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdp & PG_FRAME);
2024                                 pdpg->wire_count++;
2025                         }
2026                 }
2027                 pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pdp & PG_FRAME);
2028
2029                 /* Now we know where the page directory page is */
2030                 pd = &pd[ptepindex & ((1ul << NPDEPGSHIFT) - 1)];
2031                 *pd = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | PG_U | PG_RW | PG_V | PG_A | PG_M;
2032         }
2033
2034         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2035
2036         return (m);
2037 }
2038
2039 static vm_page_t
2040 pmap_allocpde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2041 {
2042         vm_pindex_t pdpindex, ptepindex;
2043         pdp_entry_t *pdpe;
2044         vm_page_t pdpg;
2045
2046 retry:
2047         pdpe = pmap_pdpe(pmap, va);
2048         if (pdpe != NULL && (*pdpe & PG_V) != 0) {
2049                 /* Add a reference to the pd page. */
2050                 pdpg = PHYS_TO_VM_PAGE(*pdpe & PG_FRAME);
2051                 pdpg->wire_count++;
2052         } else {
2053                 /* Allocate a pd page. */
2054                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2055                 pdpindex = ptepindex >> NPDPEPGSHIFT;
2056                 pdpg = _pmap_allocpte(pmap, NUPDE + pdpindex, lockp);
2057                 if (pdpg == NULL && lockp != NULL)
2058                         goto retry;
2059         }
2060         return (pdpg);
2061 }
2062
2063 static vm_page_t
2064 pmap_allocpte(pmap_t pmap, vm_offset_t va, struct rwlock **lockp)
2065 {
2066         vm_pindex_t ptepindex;
2067         pd_entry_t *pd;
2068         vm_page_t m;
2069
2070         /*
2071          * Calculate pagetable page index
2072          */
2073         ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
2074 retry:
2075         /*
2076          * Get the page directory entry
2077          */
2078         pd = pmap_pde(pmap, va);
2079
2080         /*
2081          * This supports switching from a 2MB page to a
2082          * normal 4K page.
2083          */
2084         if (pd != NULL && (*pd & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V)) {
2085                 if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pd, va, lockp)) {
2086                         /*
2087                          * Invalidation of the 2MB page mapping may have caused
2088                          * the deallocation of the underlying PD page.
2089                          */
2090                         pd = NULL;
2091                 }
2092         }
2093
2094         /*
2095          * If the page table page is mapped, we just increment the
2096          * hold count, and activate it.
2097          */
2098         if (pd != NULL && (*pd & PG_V) != 0) {
2099                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pd & PG_FRAME);
2100                 m->wire_count++;
2101         } else {
2102                 /*
2103                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
2104                  * deallocated.
2105                  */
2106                 m = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, lockp);
2107                 if (m == NULL && lockp != NULL)
2108                         goto retry;
2109         }
2110         return (m);
2111 }
2112
2113
2114 /***************************************************
2115  * Pmap allocation/deallocation routines.
2116  ***************************************************/
2117
2118 /*
2119  * Release any resources held by the given physical map.
2120  * Called when a pmap initialized by pmap_pinit is being released.
2121  * Should only be called if the map contains no valid mappings.
2122  */
2123 void
2124 pmap_release(pmap_t pmap)
2125 {
2126         vm_page_t m;
2127         int i;
2128
2129         KASSERT(pmap->pm_stats.resident_count == 0,
2130             ("pmap_release: pmap resident count %ld != 0",
2131             pmap->pm_stats.resident_count));
2132         KASSERT(vm_radix_is_empty(&pmap->pm_root),
2133             ("pmap_release: pmap has reserved page table page(s)"));
2134
2135         if (pmap_pcid_enabled) {
2136                 /*
2137                  * Invalidate any left TLB entries, to allow the reuse
2138                  * of the pcid.
2139                  */
2140                 pmap_invalidate_all(pmap);
2141         }
2142
2143         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap->pm_pml4[PML4PML4I] & PG_FRAME);
2144
2145         for (i = 0; i < NKPML4E; i++)   /* KVA */
2146                 pmap->pm_pml4[KPML4BASE + i] = 0;
2147         for (i = 0; i < ndmpdpphys; i++)/* Direct Map */
2148                 pmap->pm_pml4[DMPML4I + i] = 0;
2149         pmap->pm_pml4[PML4PML4I] = 0;   /* Recursive Mapping */
2150
2151         m->wire_count--;
2152         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2153         vm_page_free_zero(m);
2154         if (pmap->pm_pcid != -1)
2155                 free_unr(&pcid_unr, pmap->pm_pcid);
2156 }
2157 \f
2158 static int
2159 kvm_size(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2160 {
2161         unsigned long ksize = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - VM_MIN_KERNEL_ADDRESS;
2162
2163         return sysctl_handle_long(oidp, &ksize, 0, req);
2164 }
2165 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_size, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2166     0, 0, kvm_size, "LU", "Size of KVM");
2167
2168 static int
2169 kvm_free(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2170 {
2171         unsigned long kfree = VM_MAX_KERNEL_ADDRESS - kernel_vm_end;
2172
2173         return sysctl_handle_long(oidp, &kfree, 0, req);
2174 }
2175 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, kvm_free, CTLTYPE_LONG|CTLFLAG_RD, 
2176     0, 0, kvm_free, "LU", "Amount of KVM free");
2177
2178 /*
2179  * grow the number of kernel page table entries, if needed
2180  */
2181 void
2182 pmap_growkernel(vm_offset_t addr)
2183 {
2184         vm_paddr_t paddr;
2185         vm_page_t nkpg;
2186         pd_entry_t *pde, newpdir;
2187         pdp_entry_t *pdpe;
2188
2189         mtx_assert(&kernel_map->system_mtx, MA_OWNED);
2190
2191         /*
2192          * Return if "addr" is within the range of kernel page table pages
2193          * that were preallocated during pmap bootstrap.  Moreover, leave
2194          * "kernel_vm_end" and the kernel page table as they were.
2195          *
2196          * The correctness of this action is based on the following
2197          * argument: vm_map_findspace() allocates contiguous ranges of the
2198          * kernel virtual address space.  It calls this function if a range
2199          * ends after "kernel_vm_end".  If the kernel is mapped between
2200          * "kernel_vm_end" and "addr", then the range cannot begin at
2201          * "kernel_vm_end".  In fact, its beginning address cannot be less
2202          * than the kernel.  Thus, there is no immediate need to allocate
2203          * any new kernel page table pages between "kernel_vm_end" and
2204          * "KERNBASE".
2205          */
2206         if (KERNBASE < addr && addr <= KERNBASE + nkpt * NBPDR)
2207                 return;
2208
2209         addr = roundup2(addr, NBPDR);
2210         if (addr - 1 >= kernel_map->max_offset)
2211                 addr = kernel_map->max_offset;
2212         while (kernel_vm_end < addr) {
2213                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, kernel_vm_end);
2214                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
2215                         /* We need a new PDP entry */
2216                         nkpg = vm_page_alloc(NULL, kernel_vm_end >> PDPSHIFT,
2217                             VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ |
2218                             VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_ZERO);
2219                         if (nkpg == NULL)
2220                                 panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2221                         if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2222                                 pmap_zero_page(nkpg);
2223                         paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2224                         *pdpe = (pdp_entry_t)
2225                                 (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2226                         continue; /* try again */
2227                 }
2228                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, kernel_vm_end);
2229                 if ((*pde & PG_V) != 0) {
2230                         kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2231                         if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2232                                 kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2233                                 break;                       
2234                         }
2235                         continue;
2236                 }
2237
2238                 nkpg = vm_page_alloc(NULL, pmap_pde_pindex(kernel_vm_end),
2239                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED |
2240                     VM_ALLOC_ZERO);
2241                 if (nkpg == NULL)
2242                         panic("pmap_growkernel: no memory to grow kernel");
2243                 if ((nkpg->flags & PG_ZERO) == 0)
2244                         pmap_zero_page(nkpg);
2245                 paddr = VM_PAGE_TO_PHYS(nkpg);
2246                 newpdir = (pd_entry_t) (paddr | PG_V | PG_RW | PG_A | PG_M);
2247                 pde_store(pde, newpdir);
2248
2249                 kernel_vm_end = (kernel_vm_end + NBPDR) & ~PDRMASK;
2250                 if (kernel_vm_end - 1 >= kernel_map->max_offset) {
2251                         kernel_vm_end = kernel_map->max_offset;
2252                         break;                       
2253                 }
2254         }
2255 }
2256
2257
2258 /***************************************************
2259  * page management routines.
2260  ***************************************************/
2261
2262 CTASSERT(sizeof(struct pv_chunk) == PAGE_SIZE);
2263 CTASSERT(_NPCM == 3);
2264 CTASSERT(_NPCPV == 168);
2265
2266 static __inline struct pv_chunk *
2267 pv_to_chunk(pv_entry_t pv)
2268 {
2269
2270         return ((struct pv_chunk *)((uintptr_t)pv & ~(uintptr_t)PAGE_MASK));
2271 }
2272
2273 #define PV_PMAP(pv) (pv_to_chunk(pv)->pc_pmap)
2274
2275 #define PC_FREE0        0xfffffffffffffffful
2276 #define PC_FREE1        0xfffffffffffffffful
2277 #define PC_FREE2        0x000000fffffffffful
2278
2279 static const uint64_t pc_freemask[_NPCM] = { PC_FREE0, PC_FREE1, PC_FREE2 };
2280
2281 #ifdef PV_STATS
2282 static int pc_chunk_count, pc_chunk_allocs, pc_chunk_frees, pc_chunk_tryfail;
2283
2284 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_count, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_count, 0,
2285         "Current number of pv entry chunks");
2286 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_allocs, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_allocs, 0,
2287         "Current number of pv entry chunks allocated");
2288 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_frees, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_frees, 0,
2289         "Current number of pv entry chunks frees");
2290 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pc_chunk_tryfail, CTLFLAG_RD, &pc_chunk_tryfail, 0,
2291         "Number of times tried to get a chunk page but failed.");
2292
2293 static long pv_entry_frees, pv_entry_allocs, pv_entry_count;
2294 static int pv_entry_spare;
2295
2296 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_frees, CTLFLAG_RD, &pv_entry_frees, 0,
2297         "Current number of pv entry frees");
2298 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_allocs, CTLFLAG_RD, &pv_entry_allocs, 0,
2299         "Current number of pv entry allocs");
2300 SYSCTL_LONG(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_count, CTLFLAG_RD, &pv_entry_count, 0,
2301         "Current number of pv entries");
2302 SYSCTL_INT(_vm_pmap, OID_AUTO, pv_entry_spare, CTLFLAG_RD, &pv_entry_spare, 0,
2303         "Current number of spare pv entries");
2304 #endif
2305
2306 /*
2307  * We are in a serious low memory condition.  Resort to
2308  * drastic measures to free some pages so we can allocate
2309  * another pv entry chunk.
2310  *
2311  * Returns NULL if PV entries were reclaimed from the specified pmap.
2312  *
2313  * We do not, however, unmap 2mpages because subsequent accesses will
2314  * allocate per-page pv entries until repromotion occurs, thereby
2315  * exacerbating the shortage of free pv entries.
2316  */
2317 static vm_page_t
2318 reclaim_pv_chunk(pmap_t locked_pmap, struct rwlock **lockp)
2319 {
2320         struct pch new_tail;
2321         struct pv_chunk *pc;
2322         struct md_page *pvh;
2323         pd_entry_t *pde;
2324         pmap_t pmap;
2325         pt_entry_t *pte, tpte;
2326         pv_entry_t pv;
2327         vm_offset_t va;
2328         vm_page_t m, m_pc;
2329         struct spglist free;
2330         uint64_t inuse;
2331         int bit, field, freed;
2332         
2333         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2334         PMAP_LOCK_ASSERT(locked_pmap, MA_OWNED);
2335         KASSERT(lockp != NULL, ("reclaim_pv_chunk: lockp is NULL"));
2336         pmap = NULL;
2337         m_pc = NULL;
2338         SLIST_INIT(&free);
2339         TAILQ_INIT(&new_tail);
2340         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2341         while ((pc = TAILQ_FIRST(&pv_chunks)) != NULL && SLIST_EMPTY(&free)) {
2342                 TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2343                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2344                 if (pmap != pc->pc_pmap) {
2345                         if (pmap != NULL) {
2346                                 pmap_invalidate_all(pmap);
2347                                 if (pmap != locked_pmap)
2348                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2349                         }
2350                         pmap = pc->pc_pmap;
2351                         /* Avoid deadlock and lock recursion. */
2352                         if (pmap > locked_pmap) {
2353                                 RELEASE_PV_LIST_LOCK(lockp);
2354                                 PMAP_LOCK(pmap);
2355                         } else if (pmap != locked_pmap &&
2356                             !PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
2357                                 pmap = NULL;
2358                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2359                                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2360                                 continue;
2361                         }
2362                 }
2363
2364                 /*
2365                  * Destroy every non-wired, 4 KB page mapping in the chunk.
2366                  */
2367                 freed = 0;
2368                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2369                         for (inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
2370                             inuse != 0; inuse &= ~(1UL << bit)) {
2371                                 bit = bsfq(inuse);
2372                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2373                                 va = pv->pv_va;
2374                                 pde = pmap_pde(pmap, va);
2375                                 if ((*pde & PG_PS) != 0)
2376                                         continue;
2377                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
2378                                 if ((*pte & PG_W) != 0)
2379                                         continue;
2380                                 tpte = pte_load_clear(pte);
2381                                 if ((tpte & PG_G) != 0)
2382                                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
2383                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(tpte & PG_FRAME);
2384                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
2385                                         vm_page_dirty(m);
2386                                 if ((tpte & PG_A) != 0)
2387                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
2388                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2389                                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2390                                 m->md.pv_gen++;
2391                                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
2392                                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
2393                                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
2394                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
2395                                                 vm_page_aflag_clear(m,
2396                                                     PGA_WRITEABLE);
2397                                         }
2398                                 }
2399                                 pc->pc_map[field] |= 1UL << bit;
2400                                 pmap_unuse_pt(pmap, va, *pde, &free);
2401                                 freed++;
2402                         }
2403                 }
2404                 if (freed == 0) {
2405                         TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2406                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2407                         continue;
2408                 }
2409                 /* Every freed mapping is for a 4 KB page. */
2410                 pmap_resident_count_dec(pmap, freed);
2411                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
2412                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
2413                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
2414                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2415                 if (pc->pc_map[0] == PC_FREE0 && pc->pc_map[1] == PC_FREE1 &&
2416                     pc->pc_map[2] == PC_FREE2) {
2417                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2418                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2419                         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2420                         /* Entire chunk is free; return it. */
2421                         m_pc = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2422                         dump_drop_page(m_pc->phys_addr);
2423                         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2424                         break;
2425                 }
2426                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2427                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2428                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2429                 /* One freed pv entry in locked_pmap is sufficient. */
2430                 if (pmap == locked_pmap)
2431                         break;
2432         }
2433         TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2434         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2435         if (pmap != NULL) {
2436                 pmap_invalidate_all(pmap);
2437                 if (pmap != locked_pmap)
2438                         PMAP_UNLOCK(pmap);
2439         }
2440         if (m_pc == NULL && !SLIST_EMPTY(&free)) {
2441                 m_pc = SLIST_FIRST(&free);
2442                 SLIST_REMOVE_HEAD(&free, plinks.s.ss);
2443                 /* Recycle a freed page table page. */
2444                 m_pc->wire_count = 1;
2445                 atomic_add_int(&cnt.v_wire_count, 1);
2446         }
2447         pmap_free_zero_pages(&free);
2448         return (m_pc);
2449 }
2450
2451 /*
2452  * free the pv_entry back to the free list
2453  */
2454 static void
2455 free_pv_entry(pmap_t pmap, pv_entry_t pv)
2456 {
2457         struct pv_chunk *pc;
2458         int idx, field, bit;
2459
2460         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2461         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2462         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, 1));
2463         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, 1));
2464         PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, 1));
2465         pc = pv_to_chunk(pv);
2466         idx = pv - &pc->pc_pventry[0];
2467         field = idx / 64;
2468         bit = idx % 64;
2469         pc->pc_map[field] |= 1ul << bit;
2470         if (pc->pc_map[0] != PC_FREE0 || pc->pc_map[1] != PC_FREE1 ||
2471             pc->pc_map[2] != PC_FREE2) {
2472                 /* 98% of the time, pc is already at the head of the list. */
2473                 if (__predict_false(pc != TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk))) {
2474                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2475                         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2476                 }
2477                 return;
2478         }
2479         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2480         free_pv_chunk(pc);
2481 }
2482
2483 static void
2484 free_pv_chunk(struct pv_chunk *pc)
2485 {
2486         vm_page_t m;
2487
2488         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2489         TAILQ_REMOVE(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2490         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2491         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2492         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pc_chunk_count, 1));
2493         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_frees, 1));
2494         /* entire chunk is free, return it */
2495         m = PHYS_TO_VM_PAGE(DMAP_TO_PHYS((vm_offset_t)pc));
2496         dump_drop_page(m->phys_addr);
2497         vm_page_unwire(m, 0);
2498         vm_page_free(m);
2499 }
2500
2501 /*
2502  * Returns a new PV entry, allocating a new PV chunk from the system when
2503  * needed.  If this PV chunk allocation fails and a PV list lock pointer was
2504  * given, a PV chunk is reclaimed from an arbitrary pmap.  Otherwise, NULL is
2505  * returned.
2506  *
2507  * The given PV list lock may be released.
2508  */
2509 static pv_entry_t
2510 get_pv_entry(pmap_t pmap, struct rwlock **lockp)
2511 {
2512         int bit, field;
2513         pv_entry_t pv;
2514         struct pv_chunk *pc;
2515         vm_page_t m;
2516
2517         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2518         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2519         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, 1));
2520 retry:
2521         pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2522         if (pc != NULL) {
2523                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2524                         if (pc->pc_map[field]) {
2525                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2526                                 break;
2527                         }
2528                 }
2529                 if (field < _NPCM) {
2530                         pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2531                         pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2532                         /* If this was the last item, move it to tail */
2533                         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 &&
2534                             pc->pc_map[2] == 0) {
2535                                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2536                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc,
2537                                     pc_list);
2538                         }
2539                         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2540                         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, 1));
2541                         return (pv);
2542                 }
2543         }
2544         /* No free items, allocate another chunk */
2545         m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2546             VM_ALLOC_WIRED);
2547         if (m == NULL) {
2548                 if (lockp == NULL) {
2549                         PV_STAT(pc_chunk_tryfail++);
2550                         return (NULL);
2551                 }
2552                 m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2553                 if (m == NULL)
2554                         goto retry;
2555         }
2556         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2557         PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2558         dump_add_page(m->phys_addr);
2559         pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2560         pc->pc_pmap = pmap;
2561         pc->pc_map[0] = PC_FREE0 & ~1ul;        /* preallocated bit 0 */
2562         pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2563         pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2564         mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2565         TAILQ_INSERT_TAIL(&pv_chunks, pc, pc_lru);
2566         mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2567         pv = &pc->pc_pventry[0];
2568         TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2569         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, 1));
2570         PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV - 1));
2571         return (pv);
2572 }
2573
2574 /*
2575  * Returns the number of one bits within the given PV chunk map element.
2576  */
2577 static int
2578 popcnt_pc_map_elem(uint64_t elem)
2579 {
2580         int count;
2581
2582         /*
2583          * This simple method of counting the one bits performs well because
2584          * the given element typically contains more zero bits than one bits.
2585          */
2586         count = 0;
2587         for (; elem != 0; elem &= elem - 1)
2588                 count++;
2589         return (count);
2590 }
2591
2592 /*
2593  * Ensure that the number of spare PV entries in the specified pmap meets or
2594  * exceeds the given count, "needed".
2595  *
2596  * The given PV list lock may be released.
2597  */
2598 static void
2599 reserve_pv_entries(pmap_t pmap, int needed, struct rwlock **lockp)
2600 {
2601         struct pch new_tail;
2602         struct pv_chunk *pc;
2603         int avail, free;
2604         vm_page_t m;
2605
2606         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2607         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2608         KASSERT(lockp != NULL, ("reserve_pv_entries: lockp is NULL"));
2609
2610         /*
2611          * Newly allocated PV chunks must be stored in a private list until
2612          * the required number of PV chunks have been allocated.  Otherwise,
2613          * reclaim_pv_chunk() could recycle one of these chunks.  In
2614          * contrast, these chunks must be added to the pmap upon allocation.
2615          */
2616         TAILQ_INIT(&new_tail);
2617 retry:
2618         avail = 0;
2619         TAILQ_FOREACH(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list) {
2620                 if ((cpu_feature2 & CPUID2_POPCNT) == 0) {
2621                         free = popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[0]);
2622                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[1]);
2623                         free += popcnt_pc_map_elem(pc->pc_map[2]);
2624                 } else {
2625                         free = popcntq(pc->pc_map[0]);
2626                         free += popcntq(pc->pc_map[1]);
2627                         free += popcntq(pc->pc_map[2]);
2628                 }
2629                 if (free == 0)
2630                         break;
2631                 avail += free;
2632                 if (avail >= needed)
2633                         break;
2634         }
2635         for (; avail < needed; avail += _NPCPV) {
2636                 m = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_NORMAL | VM_ALLOC_NOOBJ |
2637                     VM_ALLOC_WIRED);
2638                 if (m == NULL) {
2639                         m = reclaim_pv_chunk(pmap, lockp);
2640                         if (m == NULL)
2641                                 goto retry;
2642                 }
2643                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_count, 1));
2644                 PV_STAT(atomic_add_int(&pc_chunk_allocs, 1));
2645                 dump_add_page(m->phys_addr);
2646                 pc = (void *)PHYS_TO_DMAP(m->phys_addr);
2647                 pc->pc_pmap = pmap;
2648                 pc->pc_map[0] = PC_FREE0;
2649                 pc->pc_map[1] = PC_FREE1;
2650                 pc->pc_map[2] = PC_FREE2;
2651                 TAILQ_INSERT_HEAD(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2652                 TAILQ_INSERT_TAIL(&new_tail, pc, pc_lru);
2653                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, _NPCPV));
2654         }
2655         if (!TAILQ_EMPTY(&new_tail)) {
2656                 mtx_lock(&pv_chunks_mutex);
2657                 TAILQ_CONCAT(&pv_chunks, &new_tail, pc_lru);
2658                 mtx_unlock(&pv_chunks_mutex);
2659         }
2660 }
2661
2662 /*
2663  * First find and then remove the pv entry for the specified pmap and virtual
2664  * address from the specified pv list.  Returns the pv entry if found and NULL
2665  * otherwise.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or
2666  * 2MB page mappings.
2667  */
2668 static __inline pv_entry_t
2669 pmap_pvh_remove(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2670 {
2671         pv_entry_t pv;
2672
2673         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2674         TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
2675                 if (pmap == PV_PMAP(pv) && va == pv->pv_va) {
2676                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2677                         pvh->pv_gen++;
2678                         break;
2679                 }
2680         }
2681         return (pv);
2682 }
2683
2684 /*
2685  * After demotion from a 2MB page mapping to 512 4KB page mappings,
2686  * destroy the pv entry for the 2MB page mapping and reinstantiate the pv
2687  * entries for each of the 4KB page mappings.
2688  */
2689 static void
2690 pmap_pv_demote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2691     struct rwlock **lockp)
2692 {
2693         struct md_page *pvh;
2694         struct pv_chunk *pc;
2695         pv_entry_t pv;
2696         vm_offset_t va_last;
2697         vm_page_t m;
2698         int bit, field;
2699
2700         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2701         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2702         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2703             ("pmap_pv_demote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2704         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2705
2706         /*
2707          * Transfer the 2mpage's pv entry for this mapping to the first
2708          * page's pv list.  Once this transfer begins, the pv list lock
2709          * must not be released until the last pv entry is reinstantiated.
2710          */
2711         pvh = pa_to_pvh(pa);
2712         va = trunc_2mpage(va);
2713         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2714         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_demote_pde: pv not found"));
2715         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2716         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2717         m->md.pv_gen++;
2718         /* Instantiate the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2719         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_allocs, NPTEPG - 1));
2720         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2721         for (;;) {
2722                 pc = TAILQ_FIRST(&pmap->pm_pvchunk);
2723                 KASSERT(pc->pc_map[0] != 0 || pc->pc_map[1] != 0 ||
2724                     pc->pc_map[2] != 0, ("pmap_pv_demote_pde: missing spare"));
2725                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
2726                         while (pc->pc_map[field]) {
2727                                 bit = bsfq(pc->pc_map[field]);
2728                                 pc->pc_map[field] &= ~(1ul << bit);
2729                                 pv = &pc->pc_pventry[field * 64 + bit];
2730                                 va += PAGE_SIZE;
2731                                 pv->pv_va = va;
2732                                 m++;
2733                                 KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
2734                             ("pmap_pv_demote_pde: page %p is not managed", m));
2735                                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2736                                 m->md.pv_gen++;
2737                                 if (va == va_last)
2738                                         goto out;
2739                         }
2740                 }
2741                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2742                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2743         }
2744 out:
2745         if (pc->pc_map[0] == 0 && pc->pc_map[1] == 0 && pc->pc_map[2] == 0) {
2746                 TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2747                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
2748         }
2749         PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_count, NPTEPG - 1));
2750         PV_STAT(atomic_subtract_int(&pv_entry_spare, NPTEPG - 1));
2751 }
2752
2753 /*
2754  * After promotion from 512 4KB page mappings to a single 2MB page mapping,
2755  * replace the many pv entries for the 4KB page mappings by a single pv entry
2756  * for the 2MB page mapping.
2757  */
2758 static void
2759 pmap_pv_promote_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2760     struct rwlock **lockp)
2761 {
2762         struct md_page *pvh;
2763         pv_entry_t pv;
2764         vm_offset_t va_last;
2765         vm_page_t m;
2766
2767         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2768         KASSERT((pa & PDRMASK) == 0,
2769             ("pmap_pv_promote_pde: pa is not 2mpage aligned"));
2770         CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2771
2772         /*
2773          * Transfer the first page's pv entry for this mapping to the 2mpage's
2774          * pv list.  Aside from avoiding the cost of a call to get_pv_entry(),
2775          * a transfer avoids the possibility that get_pv_entry() calls
2776          * reclaim_pv_chunk() and that reclaim_pv_chunk() removes one of the
2777          * mappings that is being promoted.
2778          */
2779         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
2780         va = trunc_2mpage(va);
2781         pv = pmap_pvh_remove(&m->md, pmap, va);
2782         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pv_promote_pde: pv not found"));
2783         pvh = pa_to_pvh(pa);
2784         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2785         pvh->pv_gen++;
2786         /* Free the remaining NPTEPG - 1 pv entries. */
2787         va_last = va + NBPDR - PAGE_SIZE;
2788         do {
2789                 m++;
2790                 va += PAGE_SIZE;
2791                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
2792         } while (va < va_last);
2793 }
2794
2795 /*
2796  * First find and then destroy the pv entry for the specified pmap and virtual
2797  * address.  This operation can be performed on pv lists for either 4KB or 2MB
2798  * page mappings.
2799  */
2800 static void
2801 pmap_pvh_free(struct md_page *pvh, pmap_t pmap, vm_offset_t va)
2802 {
2803         pv_entry_t pv;
2804
2805         pv = pmap_pvh_remove(pvh, pmap, va);
2806         KASSERT(pv != NULL, ("pmap_pvh_free: pv not found"));
2807         free_pv_entry(pmap, pv);
2808 }
2809
2810 /*
2811  * Conditionally create the PV entry for a 4KB page mapping if the required
2812  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2813  */
2814 static boolean_t
2815 pmap_try_insert_pv_entry(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
2816     struct rwlock **lockp)
2817 {
2818         pv_entry_t pv;
2819
2820         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2821         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2822         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2823         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2824                 pv->pv_va = va;
2825                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
2826                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
2827                 m->md.pv_gen++;
2828                 return (TRUE);
2829         } else
2830                 return (FALSE);
2831 }
2832
2833 /*
2834  * Conditionally create the PV entry for a 2MB page mapping if the required
2835  * memory can be allocated without resorting to reclamation.
2836  */
2837 static boolean_t
2838 pmap_pv_insert_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_paddr_t pa,
2839     struct rwlock **lockp)
2840 {
2841         struct md_page *pvh;
2842         pv_entry_t pv;
2843
2844         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
2845         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2846         /* Pass NULL instead of the lock pointer to disable reclamation. */
2847         if ((pv = get_pv_entry(pmap, NULL)) != NULL) {
2848                 pv->pv_va = va;
2849                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, pa);
2850                 pvh = pa_to_pvh(pa);
2851                 TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
2852                 pvh->pv_gen++;
2853                 return (TRUE);
2854         } else
2855                 return (FALSE);
2856 }
2857
2858 /*
2859  * Fills a page table page with mappings to consecutive physical pages.
2860  */
2861 static void
2862 pmap_fill_ptp(pt_entry_t *firstpte, pt_entry_t newpte)
2863 {
2864         pt_entry_t *pte;
2865
2866         for (pte = firstpte; pte < firstpte + NPTEPG; pte++) {
2867                 *pte = newpte;
2868                 newpte += PAGE_SIZE;
2869         }
2870 }
2871
2872 /*
2873  * Tries to demote a 2MB page mapping.  If demotion fails, the 2MB page
2874  * mapping is invalidated.
2875  */
2876 static boolean_t
2877 pmap_demote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
2878 {
2879         struct rwlock *lock;
2880         boolean_t rv;
2881
2882         lock = NULL;
2883         rv = pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
2884         if (lock != NULL)
2885                 rw_wunlock(lock);
2886         return (rv);
2887 }
2888
2889 static boolean_t
2890 pmap_demote_pde_locked(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
2891     struct rwlock **lockp)
2892 {
2893         pd_entry_t newpde, oldpde;
2894         pt_entry_t *firstpte, newpte;
2895         vm_paddr_t mptepa;
2896         vm_page_t mpte;
2897         struct spglist free;
2898
2899         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
2900         oldpde = *pde;
2901         KASSERT((oldpde & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
2902             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_PS and/or PG_V"));
2903         if ((oldpde & PG_A) != 0 && (mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va)) !=
2904             NULL)
2905                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
2906         else {
2907                 KASSERT((oldpde & PG_W) == 0,
2908                     ("pmap_demote_pde: page table page for a wired mapping"
2909                     " is missing"));
2910
2911                 /*
2912                  * Invalidate the 2MB page mapping and return "failure" if the
2913                  * mapping was never accessed or the allocation of the new
2914                  * page table page fails.  If the 2MB page mapping belongs to
2915                  * the direct map region of the kernel's address space, then
2916                  * the page allocation request specifies the highest possible
2917                  * priority (VM_ALLOC_INTERRUPT).  Otherwise, the priority is
2918                  * normal.  Page table pages are preallocated for every other
2919                  * part of the kernel address space, so the direct map region
2920                  * is the only part of the kernel address space that must be
2921                  * handled here.
2922                  */
2923                 if ((oldpde & PG_A) == 0 || (mpte = vm_page_alloc(NULL,
2924                     pmap_pde_pindex(va), (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va <
2925                     DMAP_MAX_ADDRESS ? VM_ALLOC_INTERRUPT : VM_ALLOC_NORMAL) |
2926                     VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
2927                         SLIST_INIT(&free);
2928                         pmap_remove_pde(pmap, pde, trunc_2mpage(va), &free,
2929                             lockp);
2930                         pmap_invalidate_page(pmap, trunc_2mpage(va));
2931                         pmap_free_zero_pages(&free);
2932                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: failure for va %#lx"
2933                             " in pmap %p", va, pmap);
2934                         return (FALSE);
2935                 }
2936                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
2937                         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
2938         }
2939         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
2940         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mptepa);
2941         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | (oldpde & PG_U) | PG_RW | PG_V;
2942         KASSERT((oldpde & PG_A) != 0,
2943             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_A"));
2944         KASSERT((oldpde & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
2945             ("pmap_demote_pde: oldpde is missing PG_M"));
2946         newpte = oldpde & ~PG_PS;
2947         if ((newpte & PG_PDE_PAT) != 0)
2948                 newpte ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
2949
2950         /*
2951          * If the page table page is new, initialize it.
2952          */
2953         if (mpte->wire_count == 1) {
2954                 mpte->wire_count = NPTEPG;
2955                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2956         }
2957         KASSERT((*firstpte & PG_FRAME) == (newpte & PG_FRAME),
2958             ("pmap_demote_pde: firstpte and newpte map different physical"
2959             " addresses"));
2960
2961         /*
2962          * If the mapping has changed attributes, update the page table
2963          * entries.
2964          */
2965         if ((*firstpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpte & PG_PTE_PROMOTE))
2966                 pmap_fill_ptp(firstpte, newpte);
2967
2968         /*
2969          * The spare PV entries must be reserved prior to demoting the
2970          * mapping, that is, prior to changing the PDE.  Otherwise, the state
2971          * of the PDE and the PV lists will be inconsistent, which can result
2972          * in reclaim_pv_chunk() attempting to remove a PV entry from the
2973          * wrong PV list and pmap_pv_demote_pde() failing to find the expected
2974          * PV entry for the 2MB page mapping that is being demoted.
2975          */
2976         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
2977                 reserve_pv_entries(pmap, NPTEPG - 1, lockp);
2978
2979         /*
2980          * Demote the mapping.  This pmap is locked.  The old PDE has
2981          * PG_A set.  If the old PDE has PG_RW set, it also has PG_M
2982          * set.  Thus, there is no danger of a race with another
2983          * processor changing the setting of PG_A and/or PG_M between
2984          * the read above and the store below. 
2985          */
2986         if (workaround_erratum383)
2987                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
2988         else
2989                 pde_store(pde, newpde);
2990
2991         /*
2992          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
2993          */
2994         if (va >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
2995                 pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
2996
2997         /*
2998          * Demote the PV entry.
2999          */
3000         if ((oldpde & PG_MANAGED) != 0)
3001                 pmap_pv_demote_pde(pmap, va, oldpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3002
3003         atomic_add_long(&pmap_pde_demotions, 1);
3004         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pde: success for va %#lx"
3005             " in pmap %p", va, pmap);
3006         return (TRUE);
3007 }
3008
3009 /*
3010  * pmap_remove_kernel_pde: Remove a kernel superpage mapping.
3011  */
3012 static void
3013 pmap_remove_kernel_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va)
3014 {
3015         pd_entry_t newpde;
3016         vm_paddr_t mptepa;
3017         vm_page_t mpte;
3018
3019         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3020         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, va);
3021         if (mpte == NULL)
3022                 panic("pmap_remove_kernel_pde: Missing pt page.");
3023
3024         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3025         mptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpte);
3026         newpde = mptepa | PG_M | PG_A | PG_RW | PG_V;
3027
3028         /*
3029          * Initialize the page table page.
3030          */
3031         pagezero((void *)PHYS_TO_DMAP(mptepa));
3032
3033         /*
3034          * Demote the mapping.
3035          */
3036         if (workaround_erratum383)
3037                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, newpde);
3038         else
3039                 pde_store(pde, newpde);
3040
3041         /*
3042          * Invalidate a stale recursive mapping of the page table page.
3043          */
3044         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopte(va));
3045 }
3046
3047 /*
3048  * pmap_remove_pde: do the things to unmap a superpage in a process
3049  */
3050 static int
3051 pmap_remove_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pdq, vm_offset_t sva,
3052     struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3053 {
3054         struct md_page *pvh;
3055         pd_entry_t oldpde;
3056         vm_offset_t eva, va;
3057         vm_page_t m, mpte;
3058
3059         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3060         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3061             ("pmap_remove_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3062         oldpde = pte_load_clear(pdq);
3063         if (oldpde & PG_W)
3064                 pmap->pm_stats.wired_count -= NBPDR / PAGE_SIZE;
3065
3066         /*
3067          * Machines that don't support invlpg, also don't support
3068          * PG_G.
3069          */
3070         if (oldpde & PG_G)
3071                 pmap_invalidate_page(kernel_pmap, sva);
3072         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3073         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3074                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(lockp, oldpde & PG_PS_FRAME);
3075                 pvh = pa_to_pvh(oldpde & PG_PS_FRAME);
3076                 pmap_pvh_free(pvh, pmap, sva);
3077                 eva = sva + NBPDR;
3078                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3079                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++) {
3080                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3081                                 vm_page_dirty(m);
3082                         if (oldpde & PG_A)
3083                                 vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3084                         if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3085                             TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3086                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3087                 }
3088         }
3089         if (pmap == kernel_pmap) {
3090                 pmap_remove_kernel_pde(pmap, pdq, sva);
3091         } else {
3092                 mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, sva);
3093                 if (mpte != NULL) {
3094                         pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
3095                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3096                         KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
3097                             ("pmap_remove_pde: pte page wire count error"));
3098                         mpte->wire_count = 0;
3099                         pmap_add_delayed_free_list(mpte, free, FALSE);
3100                         atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
3101                 }
3102         }
3103         return (pmap_unuse_pt(pmap, sva, *pmap_pdpe(pmap, sva), free));
3104 }
3105
3106 /*
3107  * pmap_remove_pte: do the things to unmap a page in a process
3108  */
3109 static int
3110 pmap_remove_pte(pmap_t pmap, pt_entry_t *ptq, vm_offset_t va, 
3111     pd_entry_t ptepde, struct spglist *free, struct rwlock **lockp)
3112 {
3113         struct md_page *pvh;
3114         pt_entry_t oldpte;
3115         vm_page_t m;
3116
3117         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3118         oldpte = pte_load_clear(ptq);
3119         if (oldpte & PG_W)
3120                 pmap->pm_stats.wired_count -= 1;
3121         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3122         if (oldpte & PG_MANAGED) {
3123                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpte & PG_FRAME);
3124                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3125                         vm_page_dirty(m);
3126                 if (oldpte & PG_A)
3127                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3128                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(lockp, m);
3129                 pmap_pvh_free(&m->md, pmap, va);
3130                 if (TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
3131                     (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
3132                         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3133                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
3134                                 vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3135                 }
3136         }
3137         return (pmap_unuse_pt(pmap, va, ptepde, free));
3138 }
3139
3140 /*
3141  * Remove a single page from a process address space
3142  */
3143 static void
3144 pmap_remove_page(pmap_t pmap, vm_offset_t va, pd_entry_t *pde,
3145     struct spglist *free)
3146 {
3147         struct rwlock *lock;
3148         pt_entry_t *pte;
3149
3150         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3151         if ((*pde & PG_V) == 0)
3152                 return;
3153         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3154         if ((*pte & PG_V) == 0)
3155                 return;
3156         lock = NULL;
3157         pmap_remove_pte(pmap, pte, va, *pde, free, &lock);
3158         if (lock != NULL)
3159                 rw_wunlock(lock);
3160         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3161 }
3162
3163 /*
3164  *      Remove the given range of addresses from the specified map.
3165  *
3166  *      It is assumed that the start and end are properly
3167  *      rounded to the page size.
3168  */
3169 void
3170 pmap_remove(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva)
3171 {
3172         struct rwlock *lock;
3173         vm_offset_t va, va_next;
3174         pml4_entry_t *pml4e;
3175         pdp_entry_t *pdpe;
3176         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3177         pt_entry_t *pte;
3178         struct spglist free;
3179         int anyvalid;
3180
3181         /*
3182          * Perform an unsynchronized read.  This is, however, safe.
3183          */
3184         if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3185                 return;
3186
3187         anyvalid = 0;
3188         SLIST_INIT(&free);
3189
3190         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3191         PMAP_LOCK(pmap);
3192
3193         /*
3194          * special handling of removing one page.  a very
3195          * common operation and easy to short circuit some
3196          * code.
3197          */
3198         if (sva + PAGE_SIZE == eva) {
3199                 pde = pmap_pde(pmap, sva);
3200                 if (pde && (*pde & PG_PS) == 0) {
3201                         pmap_remove_page(pmap, sva, pde, &free);
3202                         goto out;
3203                 }
3204         }
3205
3206         lock = NULL;
3207         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3208
3209                 if (pmap->pm_stats.resident_count == 0)
3210                         break;
3211
3212                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3213                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3214                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3215                         if (va_next < sva)
3216                                 va_next = eva;
3217                         continue;
3218                 }
3219
3220                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3221                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3222                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3223                         if (va_next < sva)
3224                                 va_next = eva;
3225                         continue;
3226                 }
3227
3228                 /*
3229                  * Calculate index for next page table.
3230                  */
3231                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3232                 if (va_next < sva)
3233                         va_next = eva;
3234
3235                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3236                 ptpaddr = *pde;
3237
3238                 /*
3239                  * Weed out invalid mappings.
3240                  */
3241                 if (ptpaddr == 0)
3242                         continue;
3243
3244                 /*
3245                  * Check for large page.
3246                  */
3247                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3248                         /*
3249                          * Are we removing the entire large page?  If not,
3250                          * demote the mapping and fall through.
3251                          */
3252                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3253                                 /*
3254                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3255                                  * invalidated by pmap_remove_pde().
3256                                  */
3257                                 if ((ptpaddr & PG_G) == 0)
3258                                         anyvalid = 1;
3259                                 pmap_remove_pde(pmap, pde, sva, &free, &lock);
3260                                 continue;
3261                         } else if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva,
3262                             &lock)) {
3263                                 /* The large page mapping was destroyed. */
3264                                 continue;
3265                         } else
3266                                 ptpaddr = *pde;
3267                 }
3268
3269                 /*
3270                  * Limit our scan to either the end of the va represented
3271                  * by the current page table page, or to the end of the
3272                  * range being removed.
3273                  */
3274                 if (va_next > eva)
3275                         va_next = eva;
3276
3277                 va = va_next;
3278                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3279                     sva += PAGE_SIZE) {
3280                         if (*pte == 0) {
3281                                 if (va != va_next) {
3282                                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3283                                         va = va_next;
3284                                 }
3285                                 continue;
3286                         }
3287                         if ((*pte & PG_G) == 0)
3288                                 anyvalid = 1;
3289                         else if (va == va_next)
3290                                 va = sva;
3291                         if (pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, ptpaddr, &free,
3292                             &lock)) {
3293                                 sva += PAGE_SIZE;
3294                                 break;
3295                         }
3296                 }
3297                 if (va != va_next)
3298                         pmap_invalidate_range(pmap, va, sva);
3299         }
3300         if (lock != NULL)
3301                 rw_wunlock(lock);
3302 out:
3303         if (anyvalid)
3304                 pmap_invalidate_all(pmap);
3305         rw_runlock(&pvh_global_lock);   
3306         PMAP_UNLOCK(pmap);
3307         pmap_free_zero_pages(&free);
3308 }
3309
3310 /*
3311  *      Routine:        pmap_remove_all
3312  *      Function:
3313  *              Removes this physical page from
3314  *              all physical maps in which it resides.
3315  *              Reflects back modify bits to the pager.
3316  *
3317  *      Notes:
3318  *              Original versions of this routine were very
3319  *              inefficient because they iteratively called
3320  *              pmap_remove (slow...)
3321  */
3322
3323 void
3324 pmap_remove_all(vm_page_t m)
3325 {
3326         struct md_page *pvh;
3327         pv_entry_t pv;
3328         pmap_t pmap;
3329         pt_entry_t *pte, tpte;
3330         pd_entry_t *pde;
3331         vm_offset_t va;
3332         struct spglist free;
3333
3334         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
3335             ("pmap_remove_all: page %p is not managed", m));
3336         SLIST_INIT(&free);
3337         rw_wlock(&pvh_global_lock);
3338         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
3339                 goto small_mappings;
3340         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
3341         while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != NULL) {
3342                 pmap = PV_PMAP(pv);
3343                 PMAP_LOCK(pmap);
3344                 va = pv->pv_va;
3345                 pde = pmap_pde(pmap, va);
3346                 (void)pmap_demote_pde(pmap, pde, va);
3347                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3348         }
3349 small_mappings:
3350         while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != NULL) {
3351                 pmap = PV_PMAP(pv);
3352                 PMAP_LOCK(pmap);
3353                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
3354                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
3355                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_remove_all: found"
3356                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
3357                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
3358                 tpte = pte_load_clear(pte);
3359                 if (tpte & PG_W)
3360                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3361                 if (tpte & PG_A)
3362                         vm_page_aflag_set(m, PGA_REFERENCED);
3363
3364                 /*
3365                  * Update the vm_page_t clean and reference bits.
3366                  */
3367                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3368                         vm_page_dirty(m);
3369                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, *pde, &free);
3370                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
3371                 TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3372                 m->md.pv_gen++;
3373                 free_pv_entry(pmap, pv);
3374                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3375         }
3376         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
3377         rw_wunlock(&pvh_global_lock);
3378         pmap_free_zero_pages(&free);
3379 }
3380
3381 /*
3382  * pmap_protect_pde: do the things to protect a 2mpage in a process
3383  */
3384 static boolean_t
3385 pmap_protect_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t sva, vm_prot_t prot)
3386 {
3387         pd_entry_t newpde, oldpde;
3388         vm_offset_t eva, va;
3389         vm_page_t m;
3390         boolean_t anychanged;
3391
3392         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3393         KASSERT((sva & PDRMASK) == 0,
3394             ("pmap_protect_pde: sva is not 2mpage aligned"));
3395         anychanged = FALSE;
3396 retry:
3397         oldpde = newpde = *pde;
3398         if (oldpde & PG_MANAGED) {
3399                 eva = sva + NBPDR;
3400                 for (va = sva, m = PHYS_TO_VM_PAGE(oldpde & PG_PS_FRAME);
3401                     va < eva; va += PAGE_SIZE, m++)
3402                         if ((oldpde & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
3403                                 vm_page_dirty(m);
3404         }
3405         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0)
3406                 newpde &= ~(PG_RW | PG_M);
3407         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3408                 newpde |= pg_nx;
3409         if (newpde != oldpde) {
3410                 if (!atomic_cmpset_long(pde, oldpde, newpde))
3411                         goto retry;
3412                 if (oldpde & PG_G)
3413                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3414                 else
3415                         anychanged = TRUE;
3416         }
3417         return (anychanged);
3418 }
3419
3420 /*
3421  *      Set the physical protection on the
3422  *      specified range of this map as requested.
3423  */
3424 void
3425 pmap_protect(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, vm_prot_t prot)
3426 {
3427         vm_offset_t va_next;
3428         pml4_entry_t *pml4e;
3429         pdp_entry_t *pdpe;
3430         pd_entry_t ptpaddr, *pde;
3431         pt_entry_t *pte;
3432         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
3433
3434         if ((prot & VM_PROT_READ) == VM_PROT_NONE) {
3435                 pmap_remove(pmap, sva, eva);
3436                 return;
3437         }
3438
3439         if ((prot & (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE)) ==
3440             (VM_PROT_WRITE|VM_PROT_EXECUTE))
3441                 return;
3442
3443         pv_lists_locked = FALSE;
3444 resume:
3445         anychanged = FALSE;
3446
3447         PMAP_LOCK(pmap);
3448         for (; sva < eva; sva = va_next) {
3449
3450                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
3451                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
3452                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
3453                         if (va_next < sva)
3454                                 va_next = eva;
3455                         continue;
3456                 }
3457
3458                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
3459                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
3460                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
3461                         if (va_next < sva)
3462                                 va_next = eva;
3463                         continue;
3464                 }
3465
3466                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
3467                 if (va_next < sva)
3468                         va_next = eva;
3469
3470                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
3471                 ptpaddr = *pde;
3472
3473                 /*
3474                  * Weed out invalid mappings.
3475                  */
3476                 if (ptpaddr == 0)
3477                         continue;
3478
3479                 /*
3480                  * Check for large page.
3481                  */
3482                 if ((ptpaddr & PG_PS) != 0) {
3483                         /*
3484                          * Are we protecting the entire large page?  If not,
3485                          * demote the mapping and fall through.
3486                          */
3487                         if (sva + NBPDR == va_next && eva >= va_next) {
3488                                 /*
3489                                  * The TLB entry for a PG_G mapping is
3490                                  * invalidated by pmap_protect_pde().
3491                                  */
3492                                 if (pmap_protect_pde(pmap, pde, sva, prot))
3493                                         anychanged = TRUE;
3494                                 continue;
3495                         } else {
3496                                 if (!pv_lists_locked) {
3497                                         pv_lists_locked = TRUE;
3498                                         if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
3499                                                 if (anychanged)
3500                                                         pmap_invalidate_all(
3501                                                             pmap);
3502                                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
3503                                                 rw_rlock(&pvh_global_lock);
3504                                                 goto resume;
3505                                         }
3506                                 }
3507                                 if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, sva)) {
3508                                         /*
3509                                          * The large page mapping was
3510                                          * destroyed.
3511                                          */
3512                                         continue;
3513                                 }
3514                         }
3515                 }
3516
3517                 if (va_next > eva)
3518                         va_next = eva;
3519
3520                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
3521                     sva += PAGE_SIZE) {
3522                         pt_entry_t obits, pbits;
3523                         vm_page_t m;
3524
3525 retry:
3526                         obits = pbits = *pte;
3527                         if ((pbits & PG_V) == 0)
3528                                 continue;
3529
3530                         if ((prot & VM_PROT_WRITE) == 0) {
3531                                 if ((pbits & (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) ==
3532                                     (PG_MANAGED | PG_M | PG_RW)) {
3533                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pbits & PG_FRAME);
3534                                         vm_page_dirty(m);
3535                                 }
3536                                 pbits &= ~(PG_RW | PG_M);
3537                         }
3538                         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3539                                 pbits |= pg_nx;
3540
3541                         if (pbits != obits) {
3542                                 if (!atomic_cmpset_long(pte, obits, pbits))
3543                                         goto retry;
3544                                 if (obits & PG_G)
3545                                         pmap_invalidate_page(pmap, sva);
3546                                 else
3547                                         anychanged = TRUE;
3548                         }
3549                 }
3550         }
3551         if (anychanged)
3552                 pmap_invalidate_all(pmap);
3553         if (pv_lists_locked)
3554                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
3555         PMAP_UNLOCK(pmap);
3556 }
3557
3558 /*
3559  * Tries to promote the 512, contiguous 4KB page mappings that are within a
3560  * single page table page (PTP) to a single 2MB page mapping.  For promotion
3561  * to occur, two conditions must be met: (1) the 4KB page mappings must map
3562  * aligned, contiguous physical memory and (2) the 4KB page mappings must have
3563  * identical characteristics. 
3564  */
3565 static void
3566 pmap_promote_pde(pmap_t pmap, pd_entry_t *pde, vm_offset_t va,
3567     struct rwlock **lockp)
3568 {
3569         pd_entry_t newpde;
3570         pt_entry_t *firstpte, oldpte, pa, *pte;
3571         vm_offset_t oldpteva;
3572         vm_page_t mpte;
3573
3574         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3575
3576         /*
3577          * Examine the first PTE in the specified PTP.  Abort if this PTE is
3578          * either invalid, unused, or does not map the first 4KB physical page
3579          * within a 2MB page. 
3580          */
3581         firstpte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(*pde & PG_FRAME);
3582 setpde:
3583         newpde = *firstpte;
3584         if ((newpde & ((PG_FRAME & PDRMASK) | PG_A | PG_V)) != (PG_A | PG_V)) {
3585                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3586                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3587                     " in pmap %p", va, pmap);
3588                 return;
3589         }
3590         if ((newpde & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3591                 /*
3592                  * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared without
3593                  * a TLB invalidation.
3594                  */
3595                 if (!atomic_cmpset_long(firstpte, newpde, newpde & ~PG_RW))
3596                         goto setpde;
3597                 newpde &= ~PG_RW;
3598         }
3599
3600         /*
3601          * Examine each of the other PTEs in the specified PTP.  Abort if this
3602          * PTE maps an unexpected 4KB physical page or does not have identical
3603          * characteristics to the first PTE.
3604          */
3605         pa = (newpde & (PG_PS_FRAME | PG_A | PG_V)) + NBPDR - PAGE_SIZE;
3606         for (pte = firstpte + NPTEPG - 1; pte > firstpte; pte--) {
3607 setpte:
3608                 oldpte = *pte;
3609                 if ((oldpte & (PG_FRAME | PG_A | PG_V)) != pa) {
3610                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3611                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3612                             " in pmap %p", va, pmap);
3613                         return;
3614                 }
3615                 if ((oldpte & (PG_M | PG_RW)) == PG_RW) {
3616                         /*
3617                          * When PG_M is already clear, PG_RW can be cleared
3618                          * without a TLB invalidation.
3619                          */
3620                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte & ~PG_RW))
3621                                 goto setpte;
3622                         oldpte &= ~PG_RW;
3623                         oldpteva = (oldpte & PG_FRAME & PDRMASK) |
3624                             (va & ~PDRMASK);
3625                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: protect for va %#lx"
3626                             " in pmap %p", oldpteva, pmap);
3627                 }
3628                 if ((oldpte & PG_PTE_PROMOTE) != (newpde & PG_PTE_PROMOTE)) {
3629                         atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3630                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: failure for va %#lx"
3631                             " in pmap %p", va, pmap);
3632                         return;
3633                 }
3634                 pa -= PAGE_SIZE;
3635         }
3636
3637         /*
3638          * Save the page table page in its current state until the PDE
3639          * mapping the superpage is demoted by pmap_demote_pde() or
3640          * destroyed by pmap_remove_pde(). 
3641          */
3642         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3643         KASSERT(mpte >= vm_page_array &&
3644             mpte < &vm_page_array[vm_page_array_size],
3645             ("pmap_promote_pde: page table page is out of range"));
3646         KASSERT(mpte->pindex == pmap_pde_pindex(va),
3647             ("pmap_promote_pde: page table page's pindex is wrong"));
3648         if (pmap_insert_pt_page(pmap, mpte)) {
3649                 atomic_add_long(&pmap_pde_p_failures, 1);
3650                 CTR2(KTR_PMAP,
3651                     "pmap_promote_pde: failure for va %#lx in pmap %p", va,
3652                     pmap);
3653                 return;
3654         }
3655
3656         /*
3657          * Promote the pv entries.
3658          */
3659         if ((newpde & PG_MANAGED) != 0)
3660                 pmap_pv_promote_pde(pmap, va, newpde & PG_PS_FRAME, lockp);
3661
3662         /*
3663          * Propagate the PAT index to its proper position.
3664          */
3665         if ((newpde & PG_PTE_PAT) != 0)
3666                 newpde ^= PG_PDE_PAT | PG_PTE_PAT;
3667
3668         /*
3669          * Map the superpage.
3670          */
3671         if (workaround_erratum383)
3672                 pmap_update_pde(pmap, va, pde, PG_PS | newpde);
3673         else
3674                 pde_store(pde, PG_PS | newpde);
3675
3676         atomic_add_long(&pmap_pde_promotions, 1);
3677         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_promote_pde: success for va %#lx"
3678             " in pmap %p", va, pmap);
3679 }
3680
3681 /*
3682  *      Insert the given physical page (p) at
3683  *      the specified virtual address (v) in the
3684  *      target physical map with the protection requested.
3685  *
3686  *      If specified, the page will be wired down, meaning
3687  *      that the related pte can not be reclaimed.
3688  *
3689  *      NB:  This is the only routine which MAY NOT lazy-evaluate
3690  *      or lose information.  That is, this routine must actually
3691  *      insert this page into the given map NOW.
3692  */
3693 void
3694 pmap_enter(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_prot_t access, vm_page_t m,
3695     vm_prot_t prot, boolean_t wired)
3696 {
3697         struct rwlock *lock;
3698         pd_entry_t *pde;
3699         pt_entry_t *pte;
3700         pt_entry_t newpte, origpte;
3701         pv_entry_t pv;
3702         vm_paddr_t opa, pa;
3703         vm_page_t mpte, om;
3704
3705         va = trunc_page(va);
3706         KASSERT(va <= VM_MAX_KERNEL_ADDRESS, ("pmap_enter: toobig"));
3707         KASSERT(va < UPT_MIN_ADDRESS || va >= UPT_MAX_ADDRESS,
3708             ("pmap_enter: invalid to pmap_enter page table pages (va: 0x%lx)",
3709             va));
3710         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0 || va < kmi.clean_sva ||
3711             va >= kmi.clean_eva,
3712             ("pmap_enter: managed mapping within the clean submap"));
3713         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 && !vm_page_xbusied(m))
3714                 VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
3715         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
3716         newpte = (pt_entry_t)(pa | PG_A | PG_V);
3717         if ((access & VM_PROT_WRITE) != 0)
3718                 newpte |= PG_M;
3719         if ((prot & VM_PROT_WRITE) != 0)
3720                 newpte |= PG_RW;
3721         KASSERT((newpte & (PG_M | PG_RW)) != PG_M,
3722             ("pmap_enter: access includes VM_PROT_WRITE but prot doesn't"));
3723         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3724                 newpte |= pg_nx;
3725         if (wired)
3726                 newpte |= PG_W;
3727         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3728                 newpte |= PG_U;
3729         if (pmap == kernel_pmap)
3730                 newpte |= PG_G;
3731         newpte |= pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
3732
3733         mpte = NULL;
3734
3735         lock = NULL;
3736         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3737         PMAP_LOCK(pmap);
3738
3739         /*
3740          * In the case that a page table page is not
3741          * resident, we are creating it here.
3742          */
3743 retry:
3744         pde = pmap_pde(pmap, va);
3745         if (pde != NULL && (*pde & PG_V) != 0 && ((*pde & PG_PS) == 0 ||
3746             pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock))) {
3747                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
3748                 if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS && mpte == NULL) {
3749                         mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*pde & PG_FRAME);
3750                         mpte->wire_count++;
3751                 }
3752         } else if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
3753                 /*
3754                  * Here if the pte page isn't mapped, or if it has been
3755                  * deallocated.
3756                  */
3757                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, pmap_pde_pindex(va), &lock);
3758                 goto retry;
3759         } else
3760                 panic("pmap_enter: invalid page directory va=%#lx", va);
3761
3762         origpte = *pte;
3763
3764         /*
3765          * Is the specified virtual address already mapped?
3766          */
3767         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3768                 /*
3769                  * Wiring change, just update stats. We don't worry about
3770                  * wiring PT pages as they remain resident as long as there
3771                  * are valid mappings in them. Hence, if a user page is wired,
3772                  * the PT page will be also.
3773                  */
3774                 if ((newpte & PG_W) != 0 && (origpte & PG_W) == 0)
3775                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3776                 else if ((newpte & PG_W) == 0 && (origpte & PG_W) != 0)
3777                         pmap->pm_stats.wired_count--;
3778
3779                 /*
3780                  * Remove the extra PT page reference.
3781                  */
3782                 if (mpte != NULL) {
3783                         mpte->wire_count--;
3784                         KASSERT(mpte->wire_count > 0,
3785                             ("pmap_enter: missing reference to page table page,"
3786                              " va: 0x%lx", va));
3787                 }
3788
3789                 /*
3790                  * Has the physical page changed?
3791                  */
3792                 opa = origpte & PG_FRAME;
3793                 if (opa == pa) {
3794                         /*
3795                          * No, might be a protection or wiring change.
3796                          */
3797                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3798                                 newpte |= PG_MANAGED;
3799                                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3800                                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3801                         }
3802                         if (((origpte ^ newpte) & ~(PG_M | PG_A)) == 0)
3803                                 goto unchanged;
3804                         goto validate;
3805                 }
3806         } else {
3807                 /*
3808                  * Increment the counters.
3809                  */
3810                 if ((newpte & PG_W) != 0)
3811                         pmap->pm_stats.wired_count++;
3812                 pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
3813         }
3814
3815         /*
3816          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
3817          */
3818         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3819                 newpte |= PG_MANAGED;
3820                 pv = get_pv_entry(pmap, &lock);
3821                 pv->pv_va = va;
3822                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, pa);
3823                 TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
3824                 m->md.pv_gen++;
3825                 if ((newpte & PG_RW) != 0)
3826                         vm_page_aflag_set(m, PGA_WRITEABLE);
3827         }
3828
3829         /*
3830          * Update the PTE.
3831          */
3832         if ((origpte & PG_V) != 0) {
3833 validate:
3834                 origpte = pte_load_store(pte, newpte);
3835                 opa = origpte & PG_FRAME;
3836                 if (opa != pa) {
3837                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0) {
3838                                 om = PHYS_TO_VM_PAGE(opa);
3839                                 if ((origpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M |
3840                                     PG_RW))
3841                                         vm_page_dirty(om);
3842                                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3843                                         vm_page_aflag_set(om, PGA_REFERENCED);
3844                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_PHYS(&lock, opa);
3845                                 pmap_pvh_free(&om->md, pmap, va);
3846                                 if ((om->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
3847                                     TAILQ_EMPTY(&om->md.pv_list) &&
3848                                     ((om->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
3849                                     TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(opa)->pv_list)))
3850                                         vm_page_aflag_clear(om, PGA_WRITEABLE);
3851                         }
3852                 } else if ((newpte & PG_M) == 0 && (origpte & (PG_M |
3853                     PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
3854                         if ((origpte & PG_MANAGED) != 0)
3855                                 vm_page_dirty(m);
3856
3857                         /*
3858                          * Although the PTE may still have PG_RW set, TLB
3859                          * invalidation may nonetheless be required because
3860                          * the PTE no longer has PG_M set.
3861                          */
3862                 } else if ((origpte & PG_NX) != 0 || (newpte & PG_NX) == 0) {
3863                         /*
3864                          * This PTE change does not require TLB invalidation.
3865                          */
3866                         goto unchanged;
3867                 }
3868                 if ((origpte & PG_A) != 0)
3869                         pmap_invalidate_page(pmap, va);
3870         } else
3871                 pte_store(pte, newpte);
3872
3873 unchanged:
3874
3875         /*
3876          * If both the page table page and the reservation are fully
3877          * populated, then attempt promotion.
3878          */
3879         if ((mpte == NULL || mpte->wire_count == NPTEPG) &&
3880             pg_ps_enabled && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
3881             vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0)
3882                 pmap_promote_pde(pmap, pde, va, &lock);
3883
3884         if (lock != NULL)
3885                 rw_wunlock(lock);
3886         rw_runlock(&pvh_global_lock);
3887         PMAP_UNLOCK(pmap);
3888 }
3889
3890 /*
3891  * Tries to create a 2MB page mapping.  Returns TRUE if successful and FALSE
3892  * otherwise.  Fails if (1) a page table page cannot be allocated without
3893  * blocking, (2) a mapping already exists at the specified virtual address, or
3894  * (3) a pv entry cannot be allocated without reclaiming another pv entry. 
3895  */
3896 static boolean_t
3897 pmap_enter_pde(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot,
3898     struct rwlock **lockp)
3899 {
3900         pd_entry_t *pde, newpde;
3901         vm_page_t mpde;
3902         struct spglist free;
3903
3904         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
3905         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
3906         if ((mpde = pmap_allocpde(pmap, va, NULL)) == NULL) {
3907                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3908                     " in pmap %p", va, pmap);
3909                 return (FALSE);
3910         }
3911         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpde));
3912         pde = &pde[pmap_pde_index(va)];
3913         if ((*pde & PG_V) != 0) {
3914                 KASSERT(mpde->wire_count > 1,
3915                     ("pmap_enter_pde: mpde's wire count is too low"));
3916                 mpde->wire_count--;
3917                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3918                     " in pmap %p", va, pmap);
3919                 return (FALSE);
3920         }
3921         newpde = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 1) |
3922             PG_PS | PG_V;
3923         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0) {
3924                 newpde |= PG_MANAGED;
3925
3926                 /*
3927                  * Abort this mapping if its PV entry could not be created.
3928                  */
3929                 if (!pmap_pv_insert_pde(pmap, va, VM_PAGE_TO_PHYS(m),
3930                     lockp)) {
3931                         SLIST_INIT(&free);
3932                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpde, &free)) {
3933                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
3934                                 pmap_free_zero_pages(&free);
3935                         }
3936                         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: failure for va %#lx"
3937                             " in pmap %p", va, pmap);
3938                         return (FALSE);
3939                 }
3940         }
3941         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
3942                 newpde |= pg_nx;
3943         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS)
3944                 newpde |= PG_U;
3945
3946         /*
3947          * Increment counters.
3948          */
3949         pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
3950
3951         /*
3952          * Map the superpage.
3953          */
3954         pde_store(pde, newpde);
3955
3956         atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
3957         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_enter_pde: success for va %#lx"
3958             " in pmap %p", va, pmap);
3959         return (TRUE);
3960 }
3961
3962 /*
3963  * Maps a sequence of resident pages belonging to the same object.
3964  * The sequence begins with the given page m_start.  This page is
3965  * mapped at the given virtual address start.  Each subsequent page is
3966  * mapped at a virtual address that is offset from start by the same
3967  * amount as the page is offset from m_start within the object.  The
3968  * last page in the sequence is the page with the largest offset from
3969  * m_start that can be mapped at a virtual address less than the given
3970  * virtual address end.  Not every virtual page between start and end
3971  * is mapped; only those for which a resident page exists with the
3972  * corresponding offset from m_start are mapped.
3973  */
3974 void
3975 pmap_enter_object(pmap_t pmap, vm_offset_t start, vm_offset_t end,
3976     vm_page_t m_start, vm_prot_t prot)
3977 {
3978         struct rwlock *lock;
3979         vm_offset_t va;
3980         vm_page_t m, mpte;
3981         vm_pindex_t diff, psize;
3982
3983         VM_OBJECT_ASSERT_LOCKED(m_start->object);
3984
3985         psize = atop(end - start);
3986         mpte = NULL;
3987         m = m_start;
3988         lock = NULL;
3989         rw_rlock(&pvh_global_lock);
3990         PMAP_LOCK(pmap);
3991         while (m != NULL && (diff = m->pindex - m_start->pindex) < psize) {
3992                 va = start + ptoa(diff);
3993                 if ((va & PDRMASK) == 0 && va + NBPDR <= end &&
3994                     (VM_PAGE_TO_PHYS(m) & PDRMASK) == 0 &&
3995                     pg_ps_enabled && vm_reserv_level_iffullpop(m) == 0 &&
3996                     pmap_enter_pde(pmap, va, m, prot, &lock))
3997                         m = &m[NBPDR / PAGE_SIZE - 1];
3998                 else
3999                         mpte = pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot,
4000                             mpte, &lock);
4001                 m = TAILQ_NEXT(m, listq);
4002         }
4003         if (lock != NULL)
4004                 rw_wunlock(lock);
4005         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4006         PMAP_UNLOCK(pmap);
4007 }
4008
4009 /*
4010  * this code makes some *MAJOR* assumptions:
4011  * 1. Current pmap & pmap exists.
4012  * 2. Not wired.
4013  * 3. Read access.
4014  * 4. No page table pages.
4015  * but is *MUCH* faster than pmap_enter...
4016  */
4017
4018 void
4019 pmap_enter_quick(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m, vm_prot_t prot)
4020 {
4021         struct rwlock *lock;
4022
4023         lock = NULL;
4024         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4025         PMAP_LOCK(pmap);
4026         (void)pmap_enter_quick_locked(pmap, va, m, prot, NULL, &lock);
4027         if (lock != NULL)
4028                 rw_wunlock(lock);
4029         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4030         PMAP_UNLOCK(pmap);
4031 }
4032
4033 static vm_page_t
4034 pmap_enter_quick_locked(pmap_t pmap, vm_offset_t va, vm_page_t m,
4035     vm_prot_t prot, vm_page_t mpte, struct rwlock **lockp)
4036 {
4037         struct spglist free;
4038         pt_entry_t *pte;
4039         vm_paddr_t pa;
4040
4041         KASSERT(va < kmi.clean_sva || va >= kmi.clean_eva ||
4042             (m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0,
4043             ("pmap_enter_quick_locked: managed mapping within the clean submap"));
4044         rw_assert(&pvh_global_lock, RA_LOCKED);
4045         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
4046
4047         /*
4048          * In the case that a page table page is not
4049          * resident, we are creating it here.
4050          */
4051         if (va < VM_MAXUSER_ADDRESS) {
4052                 vm_pindex_t ptepindex;
4053                 pd_entry_t *ptepa;
4054
4055                 /*
4056                  * Calculate pagetable page index
4057                  */
4058                 ptepindex = pmap_pde_pindex(va);
4059                 if (mpte && (mpte->pindex == ptepindex)) {
4060                         mpte->wire_count++;
4061                 } else {
4062                         /*
4063                          * Get the page directory entry
4064                          */
4065                         ptepa = pmap_pde(pmap, va);
4066
4067                         /*
4068                          * If the page table page is mapped, we just increment
4069                          * the hold count, and activate it.  Otherwise, we
4070                          * attempt to allocate a page table page.  If this
4071                          * attempt fails, we don't retry.  Instead, we give up.
4072                          */
4073                         if (ptepa && (*ptepa & PG_V) != 0) {
4074                                 if (*ptepa & PG_PS)
4075                                         return (NULL);
4076                                 mpte = PHYS_TO_VM_PAGE(*ptepa & PG_FRAME);
4077                                 mpte->wire_count++;
4078                         } else {
4079                                 /*
4080                                  * Pass NULL instead of the PV list lock
4081                                  * pointer, because we don't intend to sleep.
4082                                  */
4083                                 mpte = _pmap_allocpte(pmap, ptepindex, NULL);
4084                                 if (mpte == NULL)
4085                                         return (mpte);
4086                         }
4087                 }
4088                 pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mpte));
4089                 pte = &pte[pmap_pte_index(va)];
4090         } else {
4091                 mpte = NULL;
4092                 pte = vtopte(va);
4093         }
4094         if (*pte) {
4095                 if (mpte != NULL) {
4096                         mpte->wire_count--;
4097                         mpte = NULL;
4098                 }
4099                 return (mpte);
4100         }
4101
4102         /*
4103          * Enter on the PV list if part of our managed memory.
4104          */
4105         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0 &&
4106             !pmap_try_insert_pv_entry(pmap, va, m, lockp)) {
4107                 if (mpte != NULL) {
4108                         SLIST_INIT(&free);
4109                         if (pmap_unwire_ptp(pmap, va, mpte, &free)) {
4110                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
4111                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4112                         }
4113                         mpte = NULL;
4114                 }
4115                 return (mpte);
4116         }
4117
4118         /*
4119          * Increment counters
4120          */
4121         pmap_resident_count_inc(pmap, 1);
4122
4123         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m) | pmap_cache_bits(m->md.pat_mode, 0);
4124         if ((prot & VM_PROT_EXECUTE) == 0)
4125                 pa |= pg_nx;
4126
4127         /*
4128          * Now validate mapping with RO protection
4129          */
4130         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4131                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U);
4132         else
4133                 pte_store(pte, pa | PG_V | PG_U | PG_MANAGED);
4134         return (mpte);
4135 }
4136
4137 /*
4138  * Make a temporary mapping for a physical address.  This is only intended
4139  * to be used for panic dumps.
4140  */
4141 void *
4142 pmap_kenter_temporary(vm_paddr_t pa, int i)
4143 {
4144         vm_offset_t va;
4145
4146         va = (vm_offset_t)crashdumpmap + (i * PAGE_SIZE);
4147         pmap_kenter(va, pa);
4148         invlpg(va);
4149         return ((void *)crashdumpmap);
4150 }
4151
4152 /*
4153  * This code maps large physical mmap regions into the
4154  * processor address space.  Note that some shortcuts
4155  * are taken, but the code works.
4156  */
4157 void
4158 pmap_object_init_pt(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_object_t object,
4159     vm_pindex_t pindex, vm_size_t size)
4160 {
4161         pd_entry_t *pde;
4162         vm_paddr_t pa, ptepa;
4163         vm_page_t p, pdpg;
4164         int pat_mode;
4165
4166         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(object);
4167         KASSERT(object->type == OBJT_DEVICE || object->type == OBJT_SG,
4168             ("pmap_object_init_pt: non-device object"));
4169         if ((addr & (NBPDR - 1)) == 0 && (size & (NBPDR - 1)) == 0) {
4170                 if (!vm_object_populate(object, pindex, pindex + atop(size)))
4171                         return;
4172                 p = vm_page_lookup(object, pindex);
4173                 KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4174                     ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4175                 pat_mode = p->md.pat_mode;
4176
4177                 /*
4178                  * Abort the mapping if the first page is not physically
4179                  * aligned to a 2MB page boundary.
4180                  */
4181                 ptepa = VM_PAGE_TO_PHYS(p);
4182                 if (ptepa & (NBPDR - 1))
4183                         return;
4184
4185                 /*
4186                  * Skip the first page.  Abort the mapping if the rest of
4187                  * the pages are not physically contiguous or have differing
4188                  * memory attributes.
4189                  */
4190                 p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4191                 for (pa = ptepa + PAGE_SIZE; pa < ptepa + size;
4192                     pa += PAGE_SIZE) {
4193                         KASSERT(p->valid == VM_PAGE_BITS_ALL,
4194                             ("pmap_object_init_pt: invalid page %p", p));
4195                         if (pa != VM_PAGE_TO_PHYS(p) ||
4196                             pat_mode != p->md.pat_mode)
4197                                 return;
4198                         p = TAILQ_NEXT(p, listq);
4199                 }
4200
4201                 /*
4202                  * Map using 2MB pages.  Since "ptepa" is 2M aligned and
4203                  * "size" is a multiple of 2M, adding the PAT setting to "pa"
4204                  * will not affect the termination of this loop.
4205                  */ 
4206                 PMAP_LOCK(pmap);
4207                 for (pa = ptepa | pmap_cache_bits(pat_mode, 1); pa < ptepa +
4208                     size; pa += NBPDR) {
4209                         pdpg = pmap_allocpde(pmap, addr, NULL);
4210                         if (pdpg == NULL) {
4211                                 /*
4212                                  * The creation of mappings below is only an
4213                                  * optimization.  If a page directory page
4214                                  * cannot be allocated without blocking,
4215                                  * continue on to the next mapping rather than
4216                                  * blocking.
4217                                  */
4218                                 addr += NBPDR;
4219                                 continue;
4220                         }
4221                         pde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(pdpg));
4222                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4223                         if ((*pde & PG_V) == 0) {
4224                                 pde_store(pde, pa | PG_PS | PG_M | PG_A |
4225                                     PG_U | PG_RW | PG_V);
4226                                 pmap_resident_count_inc(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4227                                 atomic_add_long(&pmap_pde_mappings, 1);
4228                         } else {
4229                                 /* Continue on if the PDE is already valid. */
4230                                 pdpg->wire_count--;
4231                                 KASSERT(pdpg->wire_count > 0,
4232                                     ("pmap_object_init_pt: missing reference "
4233                                     "to page directory page, va: 0x%lx", addr));
4234                         }
4235                         addr += NBPDR;
4236                 }
4237                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4238         }
4239 }
4240
4241 /*
4242  *      Routine:        pmap_change_wiring
4243  *      Function:       Change the wiring attribute for a map/virtual-address
4244  *                      pair.
4245  *      In/out conditions:
4246  *                      The mapping must already exist in the pmap.
4247  */
4248 void
4249 pmap_change_wiring(pmap_t pmap, vm_offset_t va, boolean_t wired)
4250 {
4251         pd_entry_t *pde;
4252         pt_entry_t *pte;
4253         boolean_t pv_lists_locked;
4254
4255         pv_lists_locked = FALSE;
4256
4257         /*
4258          * Wiring is not a hardware characteristic so there is no need to
4259          * invalidate TLB.
4260          */
4261 retry:
4262         PMAP_LOCK(pmap);
4263         pde = pmap_pde(pmap, va);
4264         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
4265                 if (!wired != ((*pde & PG_W) == 0)) {
4266                         if (!pv_lists_locked) {
4267                                 pv_lists_locked = TRUE;
4268                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
4269                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4270                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4271                                         goto retry;
4272                                 }
4273                         }
4274                         if (!pmap_demote_pde(pmap, pde, va))
4275                                 panic("pmap_change_wiring: demotion failed");
4276                 } else
4277                         goto out;
4278         }
4279         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
4280         if (wired && (*pte & PG_W) == 0) {
4281                 pmap->pm_stats.wired_count++;
4282                 atomic_set_long(pte, PG_W);
4283         } else if (!wired && (*pte & PG_W) != 0) {
4284                 pmap->pm_stats.wired_count--;
4285                 atomic_clear_long(pte, PG_W);
4286         }
4287 out:
4288         if (pv_lists_locked)
4289                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
4290         PMAP_UNLOCK(pmap);
4291 }
4292
4293 /*
4294  *      Copy the range specified by src_addr/len
4295  *      from the source map to the range dst_addr/len
4296  *      in the destination map.
4297  *
4298  *      This routine is only advisory and need not do anything.
4299  */
4300
4301 void
4302 pmap_copy(pmap_t dst_pmap, pmap_t src_pmap, vm_offset_t dst_addr, vm_size_t len,
4303     vm_offset_t src_addr)
4304 {
4305         struct rwlock *lock;
4306         struct spglist free;
4307         vm_offset_t addr;
4308         vm_offset_t end_addr = src_addr + len;
4309         vm_offset_t va_next;
4310
4311         if (dst_addr != src_addr)
4312                 return;
4313
4314         lock = NULL;
4315         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4316         if (dst_pmap < src_pmap) {
4317                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4318                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4319         } else {
4320                 PMAP_LOCK(src_pmap);
4321                 PMAP_LOCK(dst_pmap);
4322         }
4323         for (addr = src_addr; addr < end_addr; addr = va_next) {
4324                 pt_entry_t *src_pte, *dst_pte;
4325                 vm_page_t dstmpde, dstmpte, srcmpte;
4326                 pml4_entry_t *pml4e;
4327                 pdp_entry_t *pdpe;
4328                 pd_entry_t srcptepaddr, *pde;
4329
4330                 KASSERT(addr < UPT_MIN_ADDRESS,
4331                     ("pmap_copy: invalid to pmap_copy page tables"));
4332
4333                 pml4e = pmap_pml4e(src_pmap, addr);
4334                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
4335                         va_next = (addr + NBPML4) & ~PML4MASK;
4336                         if (va_next < addr)
4337                                 va_next = end_addr;
4338                         continue;
4339                 }
4340
4341                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, addr);
4342                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
4343                         va_next = (addr + NBPDP) & ~PDPMASK;
4344                         if (va_next < addr)
4345                                 va_next = end_addr;
4346                         continue;
4347                 }
4348
4349                 va_next = (addr + NBPDR) & ~PDRMASK;
4350                 if (va_next < addr)
4351                         va_next = end_addr;
4352
4353                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, addr);
4354                 srcptepaddr = *pde;
4355                 if (srcptepaddr == 0)
4356                         continue;
4357                         
4358                 if (srcptepaddr & PG_PS) {
4359                         if ((addr & PDRMASK) != 0 || addr + NBPDR > end_addr)
4360                                 continue;
4361                         dstmpde = pmap_allocpde(dst_pmap, addr, NULL);
4362                         if (dstmpde == NULL)
4363                                 break;
4364                         pde = (pd_entry_t *)
4365                             PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpde));
4366                         pde = &pde[pmap_pde_index(addr)];
4367                         if (*pde == 0 && ((srcptepaddr & PG_MANAGED) == 0 ||
4368                             pmap_pv_insert_pde(dst_pmap, addr, srcptepaddr &
4369                             PG_PS_FRAME, &lock))) {
4370                                 *pde = srcptepaddr & ~PG_W;
4371                                 pmap_resident_count_inc(dst_pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4372                         } else
4373                                 dstmpde->wire_count--;
4374                         continue;
4375                 }
4376
4377                 srcptepaddr &= PG_FRAME;
4378                 srcmpte = PHYS_TO_VM_PAGE(srcptepaddr);
4379                 KASSERT(srcmpte->wire_count > 0,
4380                     ("pmap_copy: source page table page is unused"));
4381
4382                 if (va_next > end_addr)
4383                         va_next = end_addr;
4384
4385                 src_pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(srcptepaddr);
4386                 src_pte = &src_pte[pmap_pte_index(addr)];
4387                 dstmpte = NULL;
4388                 while (addr < va_next) {
4389                         pt_entry_t ptetemp;
4390                         ptetemp = *src_pte;
4391                         /*
4392                          * we only virtual copy managed pages
4393                          */
4394                         if ((ptetemp & PG_MANAGED) != 0) {
4395                                 if (dstmpte != NULL &&
4396                                     dstmpte->pindex == pmap_pde_pindex(addr))
4397                                         dstmpte->wire_count++;
4398                                 else if ((dstmpte = pmap_allocpte(dst_pmap,
4399                                     addr, NULL)) == NULL)
4400                                         goto out;
4401                                 dst_pte = (pt_entry_t *)
4402                                     PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(dstmpte));
4403                                 dst_pte = &dst_pte[pmap_pte_index(addr)];
4404                                 if (*dst_pte == 0 &&
4405                                     pmap_try_insert_pv_entry(dst_pmap, addr,
4406                                     PHYS_TO_VM_PAGE(ptetemp & PG_FRAME),
4407                                     &lock)) {
4408                                         /*
4409                                          * Clear the wired, modified, and
4410                                          * accessed (referenced) bits
4411                                          * during the copy.
4412                                          */
4413                                         *dst_pte = ptetemp & ~(PG_W | PG_M |
4414                                             PG_A);
4415                                         pmap_resident_count_inc(dst_pmap, 1);
4416                                 } else {
4417                                         SLIST_INIT(&free);
4418                                         if (pmap_unwire_ptp(dst_pmap, addr,
4419                                             dstmpte, &free)) {
4420                                                 pmap_invalidate_page(dst_pmap,
4421                                                     addr);
4422                                                 pmap_free_zero_pages(&free);
4423                                         }
4424                                         goto out;
4425                                 }
4426                                 if (dstmpte->wire_count >= srcmpte->wire_count)
4427                                         break;
4428                         }
4429                         addr += PAGE_SIZE;
4430                         src_pte++;
4431                 }
4432         }
4433 out:
4434         if (lock != NULL)
4435                 rw_wunlock(lock);
4436         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4437         PMAP_UNLOCK(src_pmap);
4438         PMAP_UNLOCK(dst_pmap);
4439 }
4440
4441 /*
4442  *      pmap_zero_page zeros the specified hardware page by mapping
4443  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4444  */
4445 void
4446 pmap_zero_page(vm_page_t m)
4447 {
4448         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4449
4450         pagezero((void *)va);
4451 }
4452
4453 /*
4454  *      pmap_zero_page_area zeros the specified hardware page by mapping 
4455  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.
4456  *
4457  *      off and size may not cover an area beyond a single hardware page.
4458  */
4459 void
4460 pmap_zero_page_area(vm_page_t m, int off, int size)
4461 {
4462         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4463
4464         if (off == 0 && size == PAGE_SIZE)
4465                 pagezero((void *)va);
4466         else
4467                 bzero((char *)va + off, size);
4468 }
4469
4470 /*
4471  *      pmap_zero_page_idle zeros the specified hardware page by mapping 
4472  *      the page into KVM and using bzero to clear its contents.  This
4473  *      is intended to be called from the vm_pagezero process only and
4474  *      outside of Giant.
4475  */
4476 void
4477 pmap_zero_page_idle(vm_page_t m)
4478 {
4479         vm_offset_t va = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4480
4481         pagezero((void *)va);
4482 }
4483
4484 /*
4485  *      pmap_copy_page copies the specified (machine independent)
4486  *      page by mapping the page into virtual memory and using
4487  *      bcopy to copy the page, one machine dependent page at a
4488  *      time.
4489  */
4490 void
4491 pmap_copy_page(vm_page_t msrc, vm_page_t mdst)
4492 {
4493         vm_offset_t src = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(msrc));
4494         vm_offset_t dst = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(mdst));
4495
4496         pagecopy((void *)src, (void *)dst);
4497 }
4498
4499 int unmapped_buf_allowed = 1;
4500
4501 void
4502 pmap_copy_pages(vm_page_t ma[], vm_offset_t a_offset, vm_page_t mb[],
4503     vm_offset_t b_offset, int xfersize)
4504 {
4505         void *a_cp, *b_cp;
4506         vm_offset_t a_pg_offset, b_pg_offset;
4507         int cnt;
4508
4509         while (xfersize > 0) {
4510                 a_pg_offset = a_offset & PAGE_MASK;
4511                 cnt = min(xfersize, PAGE_SIZE - a_pg_offset);
4512                 a_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(ma[a_offset >> PAGE_SHIFT]->
4513                     phys_addr) + a_pg_offset;
4514                 b_pg_offset = b_offset & PAGE_MASK;
4515                 cnt = min(cnt, PAGE_SIZE - b_pg_offset);
4516                 b_cp = (char *)PHYS_TO_DMAP(mb[b_offset >> PAGE_SHIFT]->
4517                     phys_addr) + b_pg_offset;
4518                 bcopy(a_cp, b_cp, cnt);
4519                 a_offset += cnt;
4520                 b_offset += cnt;
4521                 xfersize -= cnt;
4522         }
4523 }
4524
4525 /*
4526  * Returns true if the pmap's pv is one of the first
4527  * 16 pvs linked to from this page.  This count may
4528  * be changed upwards or downwards in the future; it
4529  * is only necessary that true be returned for a small
4530  * subset of pmaps for proper page aging.
4531  */
4532 boolean_t
4533 pmap_page_exists_quick(pmap_t pmap, vm_page_t m)
4534 {
4535         struct md_page *pvh;
4536         struct rwlock *lock;
4537         pv_entry_t pv;
4538         int loops = 0;
4539         boolean_t rv;
4540
4541         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4542             ("pmap_page_exists_quick: page %p is not managed", m));
4543         rv = FALSE;
4544         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4545         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4546         rw_rlock(lock);
4547         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4548                 if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4549                         rv = TRUE;
4550                         break;
4551                 }
4552                 loops++;
4553                 if (loops >= 16)
4554                         break;
4555         }
4556         if (!rv && loops < 16 && (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4557                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4558                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4559                         if (PV_PMAP(pv) == pmap) {
4560                                 rv = TRUE;
4561                                 break;
4562                         }
4563                         loops++;
4564                         if (loops >= 16)
4565                                 break;
4566                 }
4567         }
4568         rw_runlock(lock);
4569         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4570         return (rv);
4571 }
4572
4573 /*
4574  *      pmap_page_wired_mappings:
4575  *
4576  *      Return the number of managed mappings to the given physical page
4577  *      that are wired.
4578  */
4579 int
4580 pmap_page_wired_mappings(vm_page_t m)
4581 {
4582         struct rwlock *lock;
4583         struct md_page *pvh;
4584         pmap_t pmap;
4585         pt_entry_t *pte;
4586         pv_entry_t pv;
4587         int count, md_gen, pvh_gen;
4588
4589         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4590                 return (0);
4591         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4592         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4593         rw_rlock(lock);
4594 restart:
4595         count = 0;
4596         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4597                 pmap = PV_PMAP(pv);
4598                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4599                         md_gen = m->md.pv_gen;
4600                         rw_runlock(lock);
4601                         PMAP_LOCK(pmap);
4602                         rw_rlock(lock);
4603                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4604                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4605                                 goto restart;
4606                         }
4607                 }
4608                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4609                 if ((*pte & PG_W) != 0)
4610                         count++;
4611                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4612         }
4613         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4614                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4615                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4616                         pmap = PV_PMAP(pv);
4617                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4618                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4619                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4620                                 rw_runlock(lock);
4621                                 PMAP_LOCK(pmap);
4622                                 rw_rlock(lock);
4623                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4624                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4625                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4626                                         goto restart;
4627                                 }
4628                         }
4629                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4630                         if ((*pte & PG_W) != 0)
4631                                 count++;
4632                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4633                 }
4634         }
4635         rw_runlock(lock);
4636         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4637         return (count);
4638 }
4639
4640 /*
4641  * Returns TRUE if the given page is mapped individually or as part of
4642  * a 2mpage.  Otherwise, returns FALSE.
4643  */
4644 boolean_t
4645 pmap_page_is_mapped(vm_page_t m)
4646 {
4647         struct rwlock *lock;
4648         boolean_t rv;
4649
4650         if ((m->oflags & VPO_UNMANAGED) != 0)
4651                 return (FALSE);
4652         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4653         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4654         rw_rlock(lock);
4655         rv = !TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) ||
4656             ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
4657             !TAILQ_EMPTY(&pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m))->pv_list));
4658         rw_runlock(lock);
4659         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4660         return (rv);
4661 }
4662
4663 /*
4664  * Remove all pages from specified address space
4665  * this aids process exit speeds.  Also, this code
4666  * is special cased for current process only, but
4667  * can have the more generic (and slightly slower)
4668  * mode enabled.  This is much faster than pmap_remove
4669  * in the case of running down an entire address space.
4670  */
4671 void
4672 pmap_remove_pages(pmap_t pmap)
4673 {
4674         pd_entry_t ptepde;
4675         pt_entry_t *pte, tpte;
4676         struct spglist free;
4677         vm_page_t m, mpte, mt;
4678         pv_entry_t pv;
4679         struct md_page *pvh;
4680         struct pv_chunk *pc, *npc;
4681         struct rwlock *lock;
4682         int64_t bit;
4683         uint64_t inuse, bitmask;
4684         int allfree, field, freed, idx;
4685         boolean_t superpage;
4686         vm_paddr_t pa;
4687
4688         if (pmap != PCPU_GET(curpmap)) {
4689                 printf("warning: pmap_remove_pages called with non-current pmap\n");
4690                 return;
4691         }
4692         lock = NULL;
4693         SLIST_INIT(&free);
4694         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4695         PMAP_LOCK(pmap);
4696         TAILQ_FOREACH_SAFE(pc, &pmap->pm_pvchunk, pc_list, npc) {
4697                 allfree = 1;
4698                 freed = 0;
4699                 for (field = 0; field < _NPCM; field++) {
4700                         inuse = ~pc->pc_map[field] & pc_freemask[field];
4701                         while (inuse != 0) {
4702                                 bit = bsfq(inuse);
4703                                 bitmask = 1UL << bit;
4704                                 idx = field * 64 + bit;
4705                                 pv = &pc->pc_pventry[idx];
4706                                 inuse &= ~bitmask;
4707
4708                                 pte = pmap_pdpe(pmap, pv->pv_va);
4709                                 ptepde = *pte;
4710                                 pte = pmap_pdpe_to_pde(pte, pv->pv_va);
4711                                 tpte = *pte;
4712                                 if ((tpte & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4713                                         superpage = FALSE;
4714                                         ptepde = tpte;
4715                                         pte = (pt_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(tpte &
4716                                             PG_FRAME);
4717                                         pte = &pte[pmap_pte_index(pv->pv_va)];
4718                                         tpte = *pte;
4719                                 } else {
4720                                         /*
4721                                          * Keep track whether 'tpte' is a
4722                                          * superpage explicitly instead of
4723                                          * relying on PG_PS being set.
4724                                          *
4725                                          * This is because PG_PS is numerically
4726                                          * identical to PG_PTE_PAT and thus a
4727                                          * regular page could be mistaken for
4728                                          * a superpage.
4729                                          */
4730                                         superpage = TRUE;
4731                                 }
4732
4733                                 if ((tpte & PG_V) == 0) {
4734                                         panic("bad pte va %lx pte %lx",
4735                                             pv->pv_va, tpte);
4736                                 }
4737
4738 /*
4739  * We cannot remove wired pages from a process' mapping at this time
4740  */
4741                                 if (tpte & PG_W) {
4742                                         allfree = 0;
4743                                         continue;
4744                                 }
4745
4746                                 if (superpage)
4747                                         pa = tpte & PG_PS_FRAME;
4748                                 else
4749                                         pa = tpte & PG_FRAME;
4750
4751                                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
4752                                 KASSERT(m->phys_addr == pa,
4753                                     ("vm_page_t %p phys_addr mismatch %016jx %016jx",
4754                                     m, (uintmax_t)m->phys_addr,
4755                                     (uintmax_t)tpte));
4756
4757                                 KASSERT((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
4758                                     m < &vm_page_array[vm_page_array_size],
4759                                     ("pmap_remove_pages: bad tpte %#jx",
4760                                     (uintmax_t)tpte));
4761
4762                                 pte_clear(pte);
4763
4764                                 /*
4765                                  * Update the vm_page_t clean/reference bits.
4766                                  */
4767                                 if ((tpte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
4768                                         if (superpage) {
4769                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4770                                                         vm_page_dirty(mt);
4771                                         } else
4772                                                 vm_page_dirty(m);
4773                                 }
4774
4775                                 CHANGE_PV_LIST_LOCK_TO_VM_PAGE(&lock, m);
4776
4777                                 /* Mark free */
4778                                 pc->pc_map[field] |= bitmask;
4779                                 if (superpage) {
4780                                         pmap_resident_count_dec(pmap, NBPDR / PAGE_SIZE);
4781                                         pvh = pa_to_pvh(tpte & PG_PS_FRAME);
4782                                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
4783                                         pvh->pv_gen++;
4784                                         if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list)) {
4785                                                 for (mt = m; mt < &m[NBPDR / PAGE_SIZE]; mt++)
4786                                                         if ((mt->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4787                                                             TAILQ_EMPTY(&mt->md.pv_list))
4788                                                                 vm_page_aflag_clear(mt, PGA_WRITEABLE);
4789                                         }
4790                                         mpte = pmap_lookup_pt_page(pmap, pv->pv_va);
4791                                         if (mpte != NULL) {
4792                                                 pmap_remove_pt_page(pmap, mpte);
4793                                                 pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4794                                                 KASSERT(mpte->wire_count == NPTEPG,
4795                                                     ("pmap_remove_pages: pte page wire count error"));
4796                                                 mpte->wire_count = 0;
4797                                                 pmap_add_delayed_free_list(mpte, &free, FALSE);
4798                                                 atomic_subtract_int(&cnt.v_wire_count, 1);
4799                                         }
4800                                 } else {
4801                                         pmap_resident_count_dec(pmap, 1);
4802                                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
4803                                         m->md.pv_gen++;
4804                                         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) != 0 &&
4805                                             TAILQ_EMPTY(&m->md.pv_list) &&
4806                                             (m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4807                                                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4808                                                 if (TAILQ_EMPTY(&pvh->pv_list))
4809                                                         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
4810                                         }
4811                                 }
4812                                 pmap_unuse_pt(pmap, pv->pv_va, ptepde, &free);
4813                                 freed++;
4814                         }
4815                 }
4816                 PV_STAT(atomic_add_long(&pv_entry_frees, freed));
4817                 PV_STAT(atomic_add_int(&pv_entry_spare, freed));
4818                 PV_STAT(atomic_subtract_long(&pv_entry_count, freed));
4819                 if (allfree) {
4820                         TAILQ_REMOVE(&pmap->pm_pvchunk, pc, pc_list);
4821                         free_pv_chunk(pc);
4822                 }
4823         }
4824         if (lock != NULL)
4825                 rw_wunlock(lock);
4826         pmap_invalidate_all(pmap);
4827         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4828         PMAP_UNLOCK(pmap);
4829         pmap_free_zero_pages(&free);
4830 }
4831
4832 static boolean_t
4833 pmap_page_test_mappings(vm_page_t m, pt_entry_t mask)
4834 {
4835         struct rwlock *lock;
4836         pv_entry_t pv;
4837         struct md_page *pvh;
4838         pt_entry_t *pte;
4839         pmap_t pmap;
4840         int md_gen, pvh_gen;
4841         boolean_t rv;
4842
4843         rv = FALSE;
4844         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4845         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4846         rw_rlock(lock);
4847 restart:
4848         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
4849                 pmap = PV_PMAP(pv);
4850                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4851                         md_gen = m->md.pv_gen;
4852                         rw_runlock(lock);
4853                         PMAP_LOCK(pmap);
4854                         rw_rlock(lock);
4855                         if (md_gen != m->md.pv_gen) {
4856                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4857                                 goto restart;
4858                         }
4859                 }
4860                 pte = pmap_pte(pmap, pv->pv_va);
4861                 rv = (*pte & mask) == mask;
4862                 PMAP_UNLOCK(pmap);
4863                 if (rv)
4864                         goto out;
4865         }
4866         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0) {
4867                 pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4868                 TAILQ_FOREACH(pv, &pvh->pv_list, pv_next) {
4869                         pmap = PV_PMAP(pv);
4870                         if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4871                                 md_gen = m->md.pv_gen;
4872                                 pvh_gen = pvh->pv_gen;
4873                                 rw_runlock(lock);
4874                                 PMAP_LOCK(pmap);
4875                                 rw_rlock(lock);
4876                                 if (md_gen != m->md.pv_gen ||
4877                                     pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4878                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4879                                         goto restart;
4880                                 }
4881                         }
4882                         pte = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
4883                         rv = (*pte & mask) == mask;
4884                         PMAP_UNLOCK(pmap);
4885                         if (rv)
4886                                 goto out;
4887                 }
4888         }
4889 out:
4890         rw_runlock(lock);
4891         rw_runlock(&pvh_global_lock);
4892         return (rv);
4893 }
4894
4895 /*
4896  *      pmap_is_modified:
4897  *
4898  *      Return whether or not the specified physical page was modified
4899  *      in any physical maps.
4900  */
4901 boolean_t
4902 pmap_is_modified(vm_page_t m)
4903 {
4904
4905         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4906             ("pmap_is_modified: page %p is not managed", m));
4907
4908         /*
4909          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4910          * concurrently set while the object is locked.  Thus, if PGA_WRITEABLE
4911          * is clear, no PTEs can have PG_M set.
4912          */
4913         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4914         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4915                 return (FALSE);
4916         return (pmap_page_test_mappings(m, PG_M | PG_RW));
4917 }
4918
4919 /*
4920  *      pmap_is_prefaultable:
4921  *
4922  *      Return whether or not the specified virtual address is elgible
4923  *      for prefault.
4924  */
4925 boolean_t
4926 pmap_is_prefaultable(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
4927 {
4928         pd_entry_t *pde;
4929         pt_entry_t *pte;
4930         boolean_t rv;
4931
4932         rv = FALSE;
4933         PMAP_LOCK(pmap);
4934         pde = pmap_pde(pmap, addr);
4935         if (pde != NULL && (*pde & (PG_PS | PG_V)) == PG_V) {
4936                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, addr);
4937                 rv = (*pte & PG_V) == 0;
4938         }
4939         PMAP_UNLOCK(pmap);
4940         return (rv);
4941 }
4942
4943 /*
4944  *      pmap_is_referenced:
4945  *
4946  *      Return whether or not the specified physical page was referenced
4947  *      in any physical maps.
4948  */
4949 boolean_t
4950 pmap_is_referenced(vm_page_t m)
4951 {
4952
4953         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4954             ("pmap_is_referenced: page %p is not managed", m));
4955         return (pmap_page_test_mappings(m, PG_A | PG_V));
4956 }
4957
4958 /*
4959  * Clear the write and modified bits in each of the given page's mappings.
4960  */
4961 void
4962 pmap_remove_write(vm_page_t m)
4963 {
4964         struct md_page *pvh;
4965         pmap_t pmap;
4966         struct rwlock *lock;
4967         pv_entry_t next_pv, pv;
4968         pd_entry_t *pde;
4969         pt_entry_t oldpte, *pte;
4970         vm_offset_t va;
4971         int pvh_gen, md_gen;
4972
4973         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
4974             ("pmap_remove_write: page %p is not managed", m));
4975
4976         /*
4977          * If the page is not exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be
4978          * set by another thread while the object is locked.  Thus,
4979          * if PGA_WRITEABLE is clear, no page table entries need updating.
4980          */
4981         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
4982         if (!vm_page_xbusied(m) && (m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
4983                 return;
4984         rw_rlock(&pvh_global_lock);
4985         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
4986         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
4987 retry_pv_loop:
4988         rw_wlock(lock);
4989         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
4990                 goto small_mappings;
4991         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
4992                 pmap = PV_PMAP(pv);
4993                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
4994                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
4995                         rw_wunlock(lock);
4996                         PMAP_LOCK(pmap);
4997                         rw_wlock(lock);
4998                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
4999                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5000                                 rw_wunlock(lock);
5001                                 goto retry_pv_loop;
5002                         }
5003                 }
5004                 va = pv->pv_va;
5005                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5006                 if ((*pde & PG_RW) != 0)
5007                         (void)pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock);
5008                 KASSERT(lock == VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m),
5009                     ("inconsistent pv lock %p %p for page %p",
5010                     lock, VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m), m));
5011                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5012         }
5013 small_mappings:
5014         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5015                 pmap = PV_PMAP(pv);
5016                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5017                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5018                         md_gen = m->md.pv_gen;
5019                         rw_wunlock(lock);
5020                         PMAP_LOCK(pmap);
5021                         rw_wlock(lock);
5022                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen ||
5023                             md_gen != m->md.pv_gen) {
5024                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5025                                 rw_wunlock(lock);
5026                                 goto retry_pv_loop;
5027                         }
5028                 }
5029                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5030                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5031                     ("pmap_remove_write: found a 2mpage in page %p's pv list",
5032                     m));
5033                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5034 retry:
5035                 oldpte = *pte;
5036                 if (oldpte & PG_RW) {
5037                         if (!atomic_cmpset_long(pte, oldpte, oldpte &
5038                             ~(PG_RW | PG_M)))
5039                                 goto retry;
5040                         if ((oldpte & PG_M) != 0)
5041                                 vm_page_dirty(m);
5042                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5043                 }
5044                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5045         }
5046         rw_wunlock(lock);
5047         vm_page_aflag_clear(m, PGA_WRITEABLE);
5048         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5049 }
5050
5051 #define PMAP_TS_REFERENCED_MAX  5
5052
5053 /*
5054  *      pmap_ts_referenced:
5055  *
5056  *      Return a count of reference bits for a page, clearing those bits.
5057  *      It is not necessary for every reference bit to be cleared, but it
5058  *      is necessary that 0 only be returned when there are truly no
5059  *      reference bits set.
5060  *
5061  *      XXX: The exact number of bits to check and clear is a matter that
5062  *      should be tested and standardized at some point in the future for
5063  *      optimal aging of shared pages.
5064  */
5065 int
5066 pmap_ts_referenced(vm_page_t m)
5067 {
5068         struct md_page *pvh;
5069         pv_entry_t pv, pvf;
5070         pmap_t pmap;
5071         struct rwlock *lock;
5072         pd_entry_t *pde;
5073         pt_entry_t *pte;
5074         vm_paddr_t pa;
5075         int cleared, md_gen, not_cleared, pvh_gen;
5076
5077         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5078             ("pmap_ts_referenced: page %p is not managed", m));
5079         cleared = 0;
5080         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
5081         lock = PHYS_TO_PV_LIST_LOCK(pa);
5082         pvh = pa_to_pvh(pa);
5083         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5084         rw_wlock(lock);
5085 retry:
5086         not_cleared = 0;
5087         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0 ||
5088             (pvf = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) == NULL)
5089                 goto small_mappings;
5090         pv = pvf;
5091         do {
5092                 pmap = PV_PMAP(pv);
5093                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5094                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5095                         rw_wunlock(lock);
5096                         PMAP_LOCK(pmap);
5097                         rw_wlock(lock);
5098                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5099                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5100                                 goto retry;
5101                         }
5102                 }
5103                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5104                 if ((*pde & PG_A) != 0) {
5105                         /*
5106                          * Since this reference bit is shared by 512 4KB
5107                          * pages, it should not be cleared every time it is
5108                          * tested.  Apply a simple "hash" function on the
5109                          * physical page number, the virtual superpage number,
5110                          * and the pmap address to select one 4KB page out of
5111                          * the 512 on which testing the reference bit will
5112                          * result in clearing that reference bit.  This
5113                          * function is designed to avoid the selection of the
5114                          * same 4KB page for every 2MB page mapping.
5115                          *
5116                          * On demotion, a mapping that hasn't been referenced
5117                          * is simply destroyed.  To avoid the possibility of a
5118                          * subsequent page fault on a demoted wired mapping,
5119                          * always leave its reference bit set.  Moreover,
5120                          * since the superpage is wired, the current state of
5121                          * its reference bit won't affect page replacement.
5122                          */
5123                         if ((((pa >> PAGE_SHIFT) ^ (pv->pv_va >> PDRSHIFT) ^
5124                             (uintptr_t)pmap) & (NPTEPG - 1)) == 0 &&
5125                             (*pde & PG_W) == 0) {
5126                                 atomic_clear_long(pde, PG_A);
5127                                 pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5128                                 cleared++;
5129                         } else
5130                                 not_cleared++;
5131                 }
5132                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5133                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5134                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5135                         TAILQ_REMOVE(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5136                         TAILQ_INSERT_TAIL(&pvh->pv_list, pv, pv_next);
5137                         pvh->pv_gen++;
5138                 }
5139                 if (cleared + not_cleared >= PMAP_TS_REFERENCED_MAX)
5140                         goto out;
5141         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&pvh->pv_list)) != pvf);
5142 small_mappings:
5143         if ((pvf = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) == NULL)
5144                 goto out;
5145         pv = pvf;
5146         do {
5147                 pmap = PV_PMAP(pv);
5148                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5149                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5150                         md_gen = m->md.pv_gen;
5151                         rw_wunlock(lock);
5152                         PMAP_LOCK(pmap);
5153                         rw_wlock(lock);
5154                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5155                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5156                                 goto retry;
5157                         }
5158                 }
5159                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5160                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0,
5161                     ("pmap_ts_referenced: found a 2mpage in page %p's pv list",
5162                     m));
5163                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5164                 if ((*pte & PG_A) != 0) {
5165                         atomic_clear_long(pte, PG_A);
5166                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5167                         cleared++;
5168                 }
5169                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5170                 /* Rotate the PV list if it has more than one entry. */
5171                 if (TAILQ_NEXT(pv, pv_next) != NULL) {
5172                         TAILQ_REMOVE(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5173                         TAILQ_INSERT_TAIL(&m->md.pv_list, pv, pv_next);
5174                         m->md.pv_gen++;
5175                 }
5176         } while ((pv = TAILQ_FIRST(&m->md.pv_list)) != pvf && cleared +
5177             not_cleared < PMAP_TS_REFERENCED_MAX);
5178 out:
5179         rw_wunlock(lock);
5180         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5181         return (cleared + not_cleared);
5182 }
5183
5184 /*
5185  *      Apply the given advice to the specified range of addresses within the
5186  *      given pmap.  Depending on the advice, clear the referenced and/or
5187  *      modified flags in each mapping and set the mapped page's dirty field.
5188  */
5189 void
5190 pmap_advise(pmap_t pmap, vm_offset_t sva, vm_offset_t eva, int advice)
5191 {
5192         struct rwlock *lock;
5193         pml4_entry_t *pml4e;
5194         pdp_entry_t *pdpe;
5195         pd_entry_t oldpde, *pde;
5196         pt_entry_t *pte;
5197         vm_offset_t va_next;
5198         vm_page_t m;
5199         boolean_t anychanged, pv_lists_locked;
5200
5201         if (advice != MADV_DONTNEED && advice != MADV_FREE)
5202                 return;
5203         pv_lists_locked = FALSE;
5204 resume:
5205         anychanged = FALSE;
5206         PMAP_LOCK(pmap);
5207         for (; sva < eva; sva = va_next) {
5208                 pml4e = pmap_pml4e(pmap, sva);
5209                 if ((*pml4e & PG_V) == 0) {
5210                         va_next = (sva + NBPML4) & ~PML4MASK;
5211                         if (va_next < sva)
5212                                 va_next = eva;
5213                         continue;
5214                 }
5215                 pdpe = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4e, sva);
5216                 if ((*pdpe & PG_V) == 0) {
5217                         va_next = (sva + NBPDP) & ~PDPMASK;
5218                         if (va_next < sva)
5219                                 va_next = eva;
5220                         continue;
5221                 }
5222                 va_next = (sva + NBPDR) & ~PDRMASK;
5223                 if (va_next < sva)
5224                         va_next = eva;
5225                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, sva);
5226                 oldpde = *pde;
5227                 if ((oldpde & PG_V) == 0)
5228                         continue;
5229                 else if ((oldpde & PG_PS) != 0) {
5230                         if ((oldpde & PG_MANAGED) == 0)
5231                                 continue;
5232                         if (!pv_lists_locked) {
5233                                 pv_lists_locked = TRUE;
5234                                 if (!rw_try_rlock(&pvh_global_lock)) {
5235                                         if (anychanged)
5236                                                 pmap_invalidate_all(pmap);
5237                                         PMAP_UNLOCK(pmap);
5238                                         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5239                                         goto resume;
5240                                 }
5241                         }
5242                         lock = NULL;
5243                         if (!pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, sva, &lock)) {
5244                                 if (lock != NULL)
5245                                         rw_wunlock(lock);
5246
5247                                 /*
5248                                  * The large page mapping was destroyed.
5249                                  */
5250                                 continue;
5251                         }
5252
5253                         /*
5254                          * Unless the page mappings are wired, remove the
5255                          * mapping to a single page so that a subsequent
5256                          * access may repromote.  Since the underlying page
5257                          * table page is fully populated, this removal never
5258                          * frees a page table page.
5259                          */
5260                         if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5261                                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva);
5262                                 KASSERT((*pte & PG_V) != 0,
5263                                     ("pmap_advise: invalid PTE"));
5264                                 pmap_remove_pte(pmap, pte, sva, *pde, NULL,
5265                                     &lock);
5266                                 anychanged = TRUE;
5267                         }
5268                         if (lock != NULL)
5269                                 rw_wunlock(lock);
5270                 }
5271                 if (va_next > eva)
5272                         va_next = eva;
5273                 for (pte = pmap_pde_to_pte(pde, sva); sva != va_next; pte++,
5274                     sva += PAGE_SIZE) {
5275                         if ((*pte & (PG_MANAGED | PG_V)) != (PG_MANAGED |
5276                             PG_V))
5277                                 continue;
5278                         else if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5279                                 if (advice == MADV_DONTNEED) {
5280                                         /*
5281                                          * Future calls to pmap_is_modified()
5282                                          * can be avoided by making the page
5283                                          * dirty now.
5284                                          */
5285                                         m = PHYS_TO_VM_PAGE(*pte & PG_FRAME);
5286                                         vm_page_dirty(m);
5287                                 }
5288                                 atomic_clear_long(pte, PG_M | PG_A);
5289                         } else if ((*pte & PG_A) != 0)
5290                                 atomic_clear_long(pte, PG_A);
5291                         else
5292                                 continue;
5293                         if ((*pte & PG_G) != 0)
5294                                 pmap_invalidate_page(pmap, sva);
5295                         else
5296                                 anychanged = TRUE;
5297                 }
5298         }
5299         if (anychanged)
5300                 pmap_invalidate_all(pmap);
5301         if (pv_lists_locked)
5302                 rw_runlock(&pvh_global_lock);
5303         PMAP_UNLOCK(pmap);
5304 }
5305
5306 /*
5307  *      Clear the modify bits on the specified physical page.
5308  */
5309 void
5310 pmap_clear_modify(vm_page_t m)
5311 {
5312         struct md_page *pvh;
5313         pmap_t pmap;
5314         pv_entry_t next_pv, pv;
5315         pd_entry_t oldpde, *pde;
5316         pt_entry_t oldpte, *pte;
5317         struct rwlock *lock;
5318         vm_offset_t va;
5319         int md_gen, pvh_gen;
5320
5321         KASSERT((m->oflags & VPO_UNMANAGED) == 0,
5322             ("pmap_clear_modify: page %p is not managed", m));
5323         VM_OBJECT_ASSERT_WLOCKED(m->object);
5324         KASSERT(!vm_page_xbusied(m),
5325             ("pmap_clear_modify: page %p is exclusive busied", m));
5326
5327         /*
5328          * If the page is not PGA_WRITEABLE, then no PTEs can have PG_M set.
5329          * If the object containing the page is locked and the page is not
5330          * exclusive busied, then PGA_WRITEABLE cannot be concurrently set.
5331          */
5332         if ((m->aflags & PGA_WRITEABLE) == 0)
5333                 return;
5334         rw_rlock(&pvh_global_lock);
5335         lock = VM_PAGE_TO_PV_LIST_LOCK(m);
5336         rw_wlock(lock);
5337 restart:
5338         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) != 0)
5339                 goto small_mappings;
5340         pvh = pa_to_pvh(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
5341         TAILQ_FOREACH_SAFE(pv, &pvh->pv_list, pv_next, next_pv) {
5342                 pmap = PV_PMAP(pv);
5343                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5344                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5345                         rw_wunlock(lock);
5346                         PMAP_LOCK(pmap);
5347                         rw_wlock(lock);
5348                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen) {
5349                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5350                                 goto restart;
5351                         }
5352                 }
5353                 va = pv->pv_va;
5354                 pde = pmap_pde(pmap, va);
5355                 oldpde = *pde;
5356                 if ((oldpde & PG_RW) != 0) {
5357                         if (pmap_demote_pde_locked(pmap, pde, va, &lock)) {
5358                                 if ((oldpde & PG_W) == 0) {
5359                                         /*
5360                                          * Write protect the mapping to a
5361                                          * single page so that a subsequent
5362                                          * write access may repromote.
5363                                          */
5364                                         va += VM_PAGE_TO_PHYS(m) - (oldpde &
5365                                             PG_PS_FRAME);
5366                                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
5367                                         oldpte = *pte;
5368                                         if ((oldpte & PG_V) != 0) {
5369                                                 while (!atomic_cmpset_long(pte,
5370                                                     oldpte,
5371                                                     oldpte & ~(PG_M | PG_RW)))
5372                                                         oldpte = *pte;
5373                                                 vm_page_dirty(m);
5374                                                 pmap_invalidate_page(pmap, va);
5375                                         }
5376                                 }
5377                         }
5378                 }
5379                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5380         }
5381 small_mappings:
5382         TAILQ_FOREACH(pv, &m->md.pv_list, pv_next) {
5383                 pmap = PV_PMAP(pv);
5384                 if (!PMAP_TRYLOCK(pmap)) {
5385                         md_gen = m->md.pv_gen;
5386                         pvh_gen = pvh->pv_gen;
5387                         rw_wunlock(lock);
5388                         PMAP_LOCK(pmap);
5389                         rw_wlock(lock);
5390                         if (pvh_gen != pvh->pv_gen || md_gen != m->md.pv_gen) {
5391                                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5392                                 goto restart;
5393                         }
5394                 }
5395                 pde = pmap_pde(pmap, pv->pv_va);
5396                 KASSERT((*pde & PG_PS) == 0, ("pmap_clear_modify: found"
5397                     " a 2mpage in page %p's pv list", m));
5398                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, pv->pv_va);
5399                 if ((*pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW)) {
5400                         atomic_clear_long(pte, PG_M);
5401                         pmap_invalidate_page(pmap, pv->pv_va);
5402                 }
5403                 PMAP_UNLOCK(pmap);
5404         }
5405         rw_wunlock(lock);
5406         rw_runlock(&pvh_global_lock);
5407 }
5408
5409 /*
5410  * Miscellaneous support routines follow
5411  */
5412
5413 /* Adjust the cache mode for a 4KB page mapped via a PTE. */
5414 static __inline void
5415 pmap_pte_attr(pt_entry_t *pte, int cache_bits)
5416 {
5417         u_int opte, npte;
5418
5419         /*
5420          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5421          * PTE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5422          */
5423         do {
5424                 opte = *(u_int *)pte;
5425                 npte = opte & ~PG_PTE_CACHE;
5426                 npte |= cache_bits;
5427         } while (npte != opte && !atomic_cmpset_int((u_int *)pte, opte, npte));
5428 }
5429
5430 /* Adjust the cache mode for a 2MB page mapped via a PDE. */
5431 static __inline void
5432 pmap_pde_attr(pd_entry_t *pde, int cache_bits)
5433 {
5434         u_int opde, npde;
5435
5436         /*
5437          * The cache mode bits are all in the low 32-bits of the
5438          * PDE, so we can just spin on updating the low 32-bits.
5439          */
5440         do {
5441                 opde = *(u_int *)pde;
5442                 npde = opde & ~PG_PDE_CACHE;
5443                 npde |= cache_bits;
5444         } while (npde != opde && !atomic_cmpset_int((u_int *)pde, opde, npde));
5445 }
5446
5447 /*
5448  * Map a set of physical memory pages into the kernel virtual
5449  * address space. Return a pointer to where it is mapped. This
5450  * routine is intended to be used for mapping device memory,
5451  * NOT real memory.
5452  */
5453 void *
5454 pmap_mapdev_attr(vm_paddr_t pa, vm_size_t size, int mode)
5455 {
5456         vm_offset_t va, offset;
5457         vm_size_t tmpsize;
5458
5459         /*
5460          * If the specified range of physical addresses fits within the direct
5461          * map window, use the direct map. 
5462          */
5463         if (pa < dmaplimit && pa + size < dmaplimit) {
5464                 va = PHYS_TO_DMAP(pa);
5465                 if (!pmap_change_attr(va, size, mode))
5466                         return ((void *)va);
5467         }
5468         offset = pa & PAGE_MASK;
5469         size = round_page(offset + size);
5470         va = kva_alloc(size);
5471         if (!va)
5472                 panic("pmap_mapdev: Couldn't alloc kernel virtual memory");
5473         pa = trunc_page(pa);
5474         for (tmpsize = 0; tmpsize < size; tmpsize += PAGE_SIZE)
5475                 pmap_kenter_attr(va + tmpsize, pa + tmpsize, mode);
5476         pmap_invalidate_range(kernel_pmap, va, va + tmpsize);
5477         pmap_invalidate_cache_range(va, va + tmpsize);
5478         return ((void *)(va + offset));
5479 }
5480
5481 void *
5482 pmap_mapdev(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5483 {
5484
5485         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_UNCACHEABLE));
5486 }
5487
5488 void *
5489 pmap_mapbios(vm_paddr_t pa, vm_size_t size)
5490 {
5491
5492         return (pmap_mapdev_attr(pa, size, PAT_WRITE_BACK));
5493 }
5494
5495 void
5496 pmap_unmapdev(vm_offset_t va, vm_size_t size)
5497 {
5498         vm_offset_t base, offset;
5499
5500         /* If we gave a direct map region in pmap_mapdev, do nothing */
5501         if (va >= DMAP_MIN_ADDRESS && va < DMAP_MAX_ADDRESS)
5502                 return;
5503         base = trunc_page(va);
5504         offset = va & PAGE_MASK;
5505         size = round_page(offset + size);
5506         kva_free(base, size);
5507 }
5508
5509 /*
5510  * Tries to demote a 1GB page mapping.
5511  */
5512 static boolean_t
5513 pmap_demote_pdpe(pmap_t pmap, pdp_entry_t *pdpe, vm_offset_t va)
5514 {
5515         pdp_entry_t newpdpe, oldpdpe;
5516         pd_entry_t *firstpde, newpde, *pde;
5517         vm_paddr_t mpdepa;
5518         vm_page_t mpde;
5519
5520         PMAP_LOCK_ASSERT(pmap, MA_OWNED);
5521         oldpdpe = *pdpe;
5522         KASSERT((oldpdpe & (PG_PS | PG_V)) == (PG_PS | PG_V),
5523             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_PS and/or PG_V"));
5524         if ((mpde = vm_page_alloc(NULL, va >> PDPSHIFT, VM_ALLOC_INTERRUPT |
5525             VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED)) == NULL) {
5526                 CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: failure for va %#lx"
5527                     " in pmap %p", va, pmap);
5528                 return (FALSE);
5529         }
5530         mpdepa = VM_PAGE_TO_PHYS(mpde);
5531         firstpde = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(mpdepa);
5532         newpdpe = mpdepa | PG_M | PG_A | (oldpdpe & PG_U) | PG_RW | PG_V;
5533         KASSERT((oldpdpe & PG_A) != 0,
5534             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_A"));
5535         KASSERT((oldpdpe & (PG_M | PG_RW)) != PG_RW,
5536             ("pmap_demote_pdpe: oldpdpe is missing PG_M"));
5537         newpde = oldpdpe;
5538
5539         /*
5540          * Initialize the page directory page.
5541          */
5542         for (pde = firstpde; pde < firstpde + NPDEPG; pde++) {
5543                 *pde = newpde;
5544                 newpde += NBPDR;
5545         }
5546
5547         /*
5548          * Demote the mapping.
5549          */
5550         *pdpe = newpdpe;
5551
5552         /*
5553          * Invalidate a stale recursive mapping of the page directory page.
5554          */
5555         pmap_invalidate_page(pmap, (vm_offset_t)vtopde(va));
5556
5557         pmap_pdpe_demotions++;
5558         CTR2(KTR_PMAP, "pmap_demote_pdpe: success for va %#lx"
5559             " in pmap %p", va, pmap);
5560         return (TRUE);
5561 }
5562
5563 /*
5564  * Sets the memory attribute for the specified page.
5565  */
5566 void
5567 pmap_page_set_memattr(vm_page_t m, vm_memattr_t ma)
5568 {
5569
5570         m->md.pat_mode = ma;
5571
5572         /*
5573          * If "m" is a normal page, update its direct mapping.  This update
5574          * can be relied upon to perform any cache operations that are
5575          * required for data coherence.
5576          */
5577         if ((m->flags & PG_FICTITIOUS) == 0 &&
5578             pmap_change_attr(PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m)), PAGE_SIZE,
5579             m->md.pat_mode))
5580                 panic("memory attribute change on the direct map failed");
5581 }
5582
5583 /*
5584  * Changes the specified virtual address range's memory type to that given by
5585  * the parameter "mode".  The specified virtual address range must be
5586  * completely contained within either the direct map or the kernel map.  If
5587  * the virtual address range is contained within the kernel map, then the
5588  * memory type for each of the corresponding ranges of the direct map is also
5589  * changed.  (The corresponding ranges of the direct map are those ranges that
5590  * map the same physical pages as the specified virtual address range.)  These
5591  * changes to the direct map are necessary because Intel describes the
5592  * behavior of their processors as "undefined" if two or more mappings to the
5593  * same physical page have different memory types.
5594  *
5595  * Returns zero if the change completed successfully, and either EINVAL or
5596  * ENOMEM if the change failed.  Specifically, EINVAL is returned if some part
5597  * of the virtual address range was not mapped, and ENOMEM is returned if
5598  * there was insufficient memory available to complete the change.  In the
5599  * latter case, the memory type may have been changed on some part of the
5600  * virtual address range or the direct map.
5601  */
5602 int
5603 pmap_change_attr(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5604 {
5605         int error;
5606
5607         PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5608         error = pmap_change_attr_locked(va, size, mode);
5609         PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5610         return (error);
5611 }
5612
5613 static int
5614 pmap_change_attr_locked(vm_offset_t va, vm_size_t size, int mode)
5615 {
5616         vm_offset_t base, offset, tmpva;
5617         vm_paddr_t pa_start, pa_end;
5618         pdp_entry_t *pdpe;
5619         pd_entry_t *pde;
5620         pt_entry_t *pte;
5621         int cache_bits_pte, cache_bits_pde, error;
5622         boolean_t changed;
5623
5624         PMAP_LOCK_ASSERT(kernel_pmap, MA_OWNED);
5625         base = trunc_page(va);
5626         offset = va & PAGE_MASK;
5627         size = round_page(offset + size);
5628
5629         /*
5630          * Only supported on kernel virtual addresses, including the direct
5631          * map but excluding the recursive map.
5632          */
5633         if (base < DMAP_MIN_ADDRESS)
5634                 return (EINVAL);
5635
5636         cache_bits_pde = pmap_cache_bits(mode, 1);
5637         cache_bits_pte = pmap_cache_bits(mode, 0);
5638         changed = FALSE;
5639
5640         /*
5641          * Pages that aren't mapped aren't supported.  Also break down 2MB pages
5642          * into 4KB pages if required.
5643          */
5644         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5645                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
5646                 if (*pdpe == 0)
5647                         return (EINVAL);
5648                 if (*pdpe & PG_PS) {
5649                         /*
5650                          * If the current 1GB page already has the required
5651                          * memory type, then we need not demote this page. Just
5652                          * increment tmpva to the next 1GB page frame.
5653                          */
5654                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5655                                 tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
5656                                 continue;
5657                         }
5658
5659                         /*
5660                          * If the current offset aligns with a 1GB page frame
5661                          * and there is at least 1GB left within the range, then
5662                          * we need not break down this page into 2MB pages.
5663                          */
5664                         if ((tmpva & PDPMASK) == 0 &&
5665                             tmpva + PDPMASK < base + size) {
5666                                 tmpva += NBPDP;
5667                                 continue;
5668                         }
5669                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, tmpva))
5670                                 return (ENOMEM);
5671                 }
5672                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
5673                 if (*pde == 0)
5674                         return (EINVAL);
5675                 if (*pde & PG_PS) {
5676                         /*
5677                          * If the current 2MB page already has the required
5678                          * memory type, then we need not demote this page. Just
5679                          * increment tmpva to the next 2MB page frame.
5680                          */
5681                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) == cache_bits_pde) {
5682                                 tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
5683                                 continue;
5684                         }
5685
5686                         /*
5687                          * If the current offset aligns with a 2MB page frame
5688                          * and there is at least 2MB left within the range, then
5689                          * we need not break down this page into 4KB pages.
5690                          */
5691                         if ((tmpva & PDRMASK) == 0 &&
5692                             tmpva + PDRMASK < base + size) {
5693                                 tmpva += NBPDR;
5694                                 continue;
5695                         }
5696                         if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, tmpva))
5697                                 return (ENOMEM);
5698                 }
5699                 pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
5700                 if (*pte == 0)
5701                         return (EINVAL);
5702                 tmpva += PAGE_SIZE;
5703         }
5704         error = 0;
5705
5706         /*
5707          * Ok, all the pages exist, so run through them updating their
5708          * cache mode if required.
5709          */
5710         pa_start = pa_end = 0;
5711         for (tmpva = base; tmpva < base + size; ) {
5712                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, tmpva);
5713                 if (*pdpe & PG_PS) {
5714                         if ((*pdpe & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5715                                 pmap_pde_attr(pdpe, cache_bits_pde);
5716                                 changed = TRUE;
5717                         }
5718                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5719                                 if (pa_start == pa_end) {
5720                                         /* Start physical address run. */
5721                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
5722                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
5723                                 } else if (pa_end == (*pdpe & PG_PS_FRAME))
5724                                         pa_end += NBPDP;
5725                                 else {
5726                                         /* Run ended, update direct map. */
5727                                         error = pmap_change_attr_locked(
5728                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5729                                             pa_end - pa_start, mode);
5730                                         if (error != 0)
5731                                                 break;
5732                                         /* Start physical address run. */
5733                                         pa_start = *pdpe & PG_PS_FRAME;
5734                                         pa_end = pa_start + NBPDP;
5735                                 }
5736                         }
5737                         tmpva = trunc_1gpage(tmpva) + NBPDP;
5738                         continue;
5739                 }
5740                 pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, tmpva);
5741                 if (*pde & PG_PS) {
5742                         if ((*pde & PG_PDE_CACHE) != cache_bits_pde) {
5743                                 pmap_pde_attr(pde, cache_bits_pde);
5744                                 changed = TRUE;
5745                         }
5746                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5747                                 if (pa_start == pa_end) {
5748                                         /* Start physical address run. */
5749                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
5750                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
5751                                 } else if (pa_end == (*pde & PG_PS_FRAME))
5752                                         pa_end += NBPDR;
5753                                 else {
5754                                         /* Run ended, update direct map. */
5755                                         error = pmap_change_attr_locked(
5756                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5757                                             pa_end - pa_start, mode);
5758                                         if (error != 0)
5759                                                 break;
5760                                         /* Start physical address run. */
5761                                         pa_start = *pde & PG_PS_FRAME;
5762                                         pa_end = pa_start + NBPDR;
5763                                 }
5764                         }
5765                         tmpva = trunc_2mpage(tmpva) + NBPDR;
5766                 } else {
5767                         pte = pmap_pde_to_pte(pde, tmpva);
5768                         if ((*pte & PG_PTE_CACHE) != cache_bits_pte) {
5769                                 pmap_pte_attr(pte, cache_bits_pte);
5770                                 changed = TRUE;
5771                         }
5772                         if (tmpva >= VM_MIN_KERNEL_ADDRESS) {
5773                                 if (pa_start == pa_end) {
5774                                         /* Start physical address run. */
5775                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
5776                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
5777                                 } else if (pa_end == (*pte & PG_FRAME))
5778                                         pa_end += PAGE_SIZE;
5779                                 else {
5780                                         /* Run ended, update direct map. */
5781                                         error = pmap_change_attr_locked(
5782                                             PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5783                                             pa_end - pa_start, mode);
5784                                         if (error != 0)
5785                                                 break;
5786                                         /* Start physical address run. */
5787                                         pa_start = *pte & PG_FRAME;
5788                                         pa_end = pa_start + PAGE_SIZE;
5789                                 }
5790                         }
5791                         tmpva += PAGE_SIZE;
5792                 }
5793         }
5794         if (error == 0 && pa_start != pa_end)
5795                 error = pmap_change_attr_locked(PHYS_TO_DMAP(pa_start),
5796                     pa_end - pa_start, mode);
5797
5798         /*
5799          * Flush CPU caches if required to make sure any data isn't cached that
5800          * shouldn't be, etc.
5801          */
5802         if (changed) {
5803                 pmap_invalidate_range(kernel_pmap, base, tmpva);
5804                 pmap_invalidate_cache_range(base, tmpva);
5805         }
5806         return (error);
5807 }
5808
5809 /*
5810  * Demotes any mapping within the direct map region that covers more than the
5811  * specified range of physical addresses.  This range's size must be a power
5812  * of two and its starting address must be a multiple of its size.  Since the
5813  * demotion does not change any attributes of the mapping, a TLB invalidation
5814  * is not mandatory.  The caller may, however, request a TLB invalidation.
5815  */
5816 void
5817 pmap_demote_DMAP(vm_paddr_t base, vm_size_t len, boolean_t invalidate)
5818 {
5819         pdp_entry_t *pdpe;
5820         pd_entry_t *pde;
5821         vm_offset_t va;
5822         boolean_t changed;
5823
5824         if (len == 0)
5825                 return;
5826         KASSERT(powerof2(len), ("pmap_demote_DMAP: len is not a power of 2"));
5827         KASSERT((base & (len - 1)) == 0,
5828             ("pmap_demote_DMAP: base is not a multiple of len"));
5829         if (len < NBPDP && base < dmaplimit) {
5830                 va = PHYS_TO_DMAP(base);
5831                 changed = FALSE;
5832                 PMAP_LOCK(kernel_pmap);
5833                 pdpe = pmap_pdpe(kernel_pmap, va);
5834                 if ((*pdpe & PG_V) == 0)
5835                         panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDPE");
5836                 if ((*pdpe & PG_PS) != 0) {
5837                         if (!pmap_demote_pdpe(kernel_pmap, pdpe, va))
5838                                 panic("pmap_demote_DMAP: PDPE failed");
5839                         changed = TRUE;
5840                 }
5841                 if (len < NBPDR) {
5842                         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdpe, va);
5843                         if ((*pde & PG_V) == 0)
5844                                 panic("pmap_demote_DMAP: invalid PDE");
5845                         if ((*pde & PG_PS) != 0) {
5846                                 if (!pmap_demote_pde(kernel_pmap, pde, va))
5847                                         panic("pmap_demote_DMAP: PDE failed");
5848                                 changed = TRUE;
5849                         }
5850                 }
5851                 if (changed && invalidate)
5852                         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
5853                 PMAP_UNLOCK(kernel_pmap);
5854         }
5855 }
5856
5857 /*
5858  * perform the pmap work for mincore
5859  */
5860 int
5861 pmap_mincore(pmap_t pmap, vm_offset_t addr, vm_paddr_t *locked_pa)
5862 {
5863         pd_entry_t *pdep;
5864         pt_entry_t pte;
5865         vm_paddr_t pa;
5866         int val;
5867
5868         PMAP_LOCK(pmap);
5869 retry:
5870         pdep = pmap_pde(pmap, addr);
5871         if (pdep != NULL && (*pdep & PG_V)) {
5872                 if (*pdep & PG_PS) {
5873                         pte = *pdep;
5874                         /* Compute the physical address of the 4KB page. */
5875                         pa = ((*pdep & PG_PS_FRAME) | (addr & PDRMASK)) &
5876                             PG_FRAME;
5877                         val = MINCORE_SUPER;
5878                 } else {
5879                         pte = *pmap_pde_to_pte(pdep, addr);
5880                         pa = pte & PG_FRAME;
5881                         val = 0;
5882                 }
5883         } else {
5884                 pte = 0;
5885                 pa = 0;
5886                 val = 0;
5887         }
5888         if ((pte & PG_V) != 0) {
5889                 val |= MINCORE_INCORE;
5890                 if ((pte & (PG_M | PG_RW)) == (PG_M | PG_RW))
5891                         val |= MINCORE_MODIFIED | MINCORE_MODIFIED_OTHER;
5892                 if ((pte & PG_A) != 0)
5893                         val |= MINCORE_REFERENCED | MINCORE_REFERENCED_OTHER;
5894         }
5895         if ((val & (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER)) !=
5896             (MINCORE_MODIFIED_OTHER | MINCORE_REFERENCED_OTHER) &&
5897             (pte & (PG_MANAGED | PG_V)) == (PG_MANAGED | PG_V)) {
5898                 /* Ensure that "PHYS_TO_VM_PAGE(pa)->object" doesn't change. */
5899                 if (vm_page_pa_tryrelock(pmap, pa, locked_pa))
5900                         goto retry;
5901         } else
5902                 PA_UNLOCK_COND(*locked_pa);
5903         PMAP_UNLOCK(pmap);
5904         return (val);
5905 }
5906
5907 void
5908 pmap_activate(struct thread *td)
5909 {
5910         pmap_t  pmap, oldpmap;
5911         u_int   cpuid;
5912
5913         critical_enter();
5914         pmap = vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace);
5915         oldpmap = PCPU_GET(curpmap);
5916         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
5917 #ifdef SMP
5918         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5919         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_active);
5920         CPU_SET_ATOMIC(cpuid, &pmap->pm_save);
5921 #else
5922         CPU_CLR(cpuid, &oldpmap->pm_active);
5923         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_active);
5924         CPU_SET(cpuid, &pmap->pm_save);
5925 #endif
5926         td->td_pcb->pcb_cr3 = pmap->pm_cr3;
5927         load_cr3(pmap->pm_cr3);
5928         PCPU_SET(curpmap, pmap);
5929         critical_exit();
5930 }
5931
5932 void
5933 pmap_sync_icache(pmap_t pm, vm_offset_t va, vm_size_t sz)
5934 {
5935 }
5936
5937 /*
5938  *      Increase the starting virtual address of the given mapping if a
5939  *      different alignment might result in more superpage mappings.
5940  */
5941 void
5942 pmap_align_superpage(vm_object_t object, vm_ooffset_t offset,
5943     vm_offset_t *addr, vm_size_t size)
5944 {
5945         vm_offset_t superpage_offset;
5946
5947         if (size < NBPDR)
5948                 return;
5949         if (object != NULL && (object->flags & OBJ_COLORED) != 0)
5950                 offset += ptoa(object->pg_color);
5951         superpage_offset = offset & PDRMASK;
5952         if (size - ((NBPDR - superpage_offset) & PDRMASK) < NBPDR ||
5953             (*addr & PDRMASK) == superpage_offset)
5954                 return;
5955         if ((*addr & PDRMASK) < superpage_offset)
5956                 *addr = (*addr & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5957         else
5958                 *addr = ((*addr + PDRMASK) & ~PDRMASK) + superpage_offset;
5959 }
5960
5961 #include "opt_ddb.h"
5962 #ifdef DDB
5963 #include <ddb/ddb.h>
5964
5965 DB_SHOW_COMMAND(pte, pmap_print_pte)
5966 {
5967         pmap_t pmap;
5968         pml4_entry_t *pml4;
5969         pdp_entry_t *pdp;
5970         pd_entry_t *pde;
5971         pt_entry_t *pte;
5972         vm_offset_t va;
5973
5974         if (have_addr) {
5975                 va = (vm_offset_t)addr;
5976                 pmap = PCPU_GET(curpmap); /* XXX */
5977         } else {
5978                 db_printf("show pte addr\n");
5979                 return;
5980         }
5981         pml4 = pmap_pml4e(pmap, va);
5982         db_printf("VA %#016lx pml4e %#016lx", va, *pml4);
5983         if ((*pml4 & PG_V) == 0) {
5984                 db_printf("\n");
5985                 return;
5986         }
5987         pdp = pmap_pml4e_to_pdpe(pml4, va);
5988         db_printf(" pdpe %#016lx", *pdp);
5989         if ((*pdp & PG_V) == 0 || (*pdp & PG_PS) != 0) {
5990                 db_printf("\n");
5991                 return;
5992         }
5993         pde = pmap_pdpe_to_pde(pdp, va);
5994         db_printf(" pde %#016lx", *pde);
5995         if ((*pde & PG_V) == 0 || (*pde & PG_PS) != 0) {
5996                 db_printf("\n");
5997                 return;
5998         }
5999         pte = pmap_pde_to_pte(pde, va);
6000         db_printf(" pte %#016lx\n", *pte);
6001 }
6002
6003 DB_SHOW_COMMAND(phys2dmap, pmap_phys2dmap)
6004 {
6005         vm_paddr_t a;
6006
6007         if (have_addr) {
6008                 a = (vm_paddr_t)addr;
6009                 db_printf("0x%jx\n", (uintmax_t)PHYS_TO_DMAP(a));
6010         } else {
6011                 db_printf("show phys2dmap addr\n");
6012         }
6013 }
6014 #endif